[發明專利]工業互聯系統的分散式故障檢測與容錯控制方法

有效

• 申請號: 202010511704.0
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111665820B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 周順;張日東
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

1.工業互聯系統的分散式故障檢測與容錯控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟1.建立子系統狀態模型及子系統間通信協議

1-1.建立第i個子系統P_i的狀態模型為：

其中表示第i個子系統P_i的狀態向量，表示狀態向量x_i的第k個行向量x_ik的導數，表示狀態向量x_i的第m個行向量的導數，其中i＝1,2,...n，k＝1,2...,m-1；

u_i表示子系統P_i的控制輸入；f_i(x_i)，g_i(x_i)為已知函數，表示第i個子系統P_i的局部動態；φ_ij為未知函數，表示第i個子系統和第j個子系統之間的互連效應，且φ_ii＝0；h_ia(x)表示第a個故障對子系統P_i動態的影響；t表示系統運行的時間，β(t-T_ia)表示在未知時刻T_ia發生的故障對應的時間分布；b_i表示子系統P_i中發生故障的總數；

1-2.將子系統P_i的狀態模型寫成矩陣形式

其中

假設子系統P_i的局部標稱模型為

表示子系統P_i在沒有故障和互聯條影響下的狀態向量，表示其導數，為在沒有故障和互聯條影響件下已知函數，表示子系統P_i的局部動態；

其中

和是已知的局部邊界函數，分別表示f_i和g_i的建模不確定性的邊界；

1-3.建立子系統的狀態跟蹤誤差方程

令為x_i的參考軌跡矢量，則子系統P_i的狀態跟蹤誤差為

1-4.建立子系統間的通信協議

子系統P_i在其狀態跟蹤誤差的范數超過某個閾值d_i時，便將其狀態x_i(t)提供給所有其它子系統；否則，其它子系統將改用已知的參考軌跡矢量

定義為第i個子系統P_i在第k次開始向其它子系統傳送其狀態的時刻，為停止時刻，則：

表示不同時刻子系統P_i向其他子系統傳遞的狀態向量值，E(x_i)表示不同時刻子系統P_i的狀態向量x_i與差值的范數；

步驟2.設計分散式故障檢測方案

2-1.建立子系統P_i的估計量模型

假設互聯函數對所有i≠j都滿足

其中L_ij和σ_j是已知常數；

則子系統P_i的估計量模型為：

是子系統P_i的第m_i個估計狀態，滿足表示其導數，λ_i0是定義的標量，是估計誤差，用于故障檢測；

2-2.定義故障檢測閾值R_i(t)

其中

d_j表示設計的閾值；若|ε_i(t_id)|≥R_i(t_id)，則在t_id時刻故障發生警報；

步驟3.設計分散式容錯控制器

3-1.基于步驟1-3子系統P_i的跟蹤誤差動態為

表示的期望參考值，表示的導數；

3-2.設計標稱控制律

u_i＝u_i1+u_i2

其中u_i1是在沒有互連效應和故障的情況下穩定子系統P_i的標稱控制律，u_i2是增廣故障調節控制率，用于解決互連效應和由于故障引起的動態變化；選擇向量使得為Hurwitz矩陣；

3-3.設計增廣故障調節控制率

由于是Hurwitz矩陣，因此對于任何矩陣Q_i0，都存在矩陣P_i滿足Lyapunov方程定義標量跟蹤誤差假設存在一個未知的解析函數γ_ij使得

用線性參數化逼近器s_i(e_i)，自適應地逼近解析函數γ_ij；

其中是一組基函數，是一組未知的常數參數，是殘差近似誤差，結合死區修正，得到增廣故障調節控制率

其中δ_i0為設計常數，為P_i的最大特征值；對自適應逼近器和自適應邊界參數的參數估計按照以下自適應規律進行更新：

其中為正定矩陣，為正常數，表示參數估計的自適應增益，為死區；

3-4.結合步驟3-2和3-3得到子系統P_i的總體分散控制律為

當步驟2-2檢測到故障發生警報后，子系統P_i通過不斷自適應地調整總體分散控制律u_i，使得當前子系統保持穩定；以此類推，其它子系統也采用此方法保持自身穩定，最后保證互聯大系統也是穩定的。