[發(fā)明專利]多智能體系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110313287.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113156804B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李建寧;劉夢(mèng)舒;柯彥冰;王愛(ài)民;劉曉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B9/03
• 分類號(hào): G05B9/03
• 代理公司: 浙江千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

1.多智能體系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟(1)針對(duì)第i個(gè)參數(shù)Markov跳變多智能體，i＝1,2....N,選取如下單個(gè)智能體系統(tǒng)模型：

其中，x_i(t)∈Rⁿ為第i個(gè)智能體系統(tǒng)模型的狀態(tài)變量，Rⁿ為n維Euclidean空間，為第i個(gè)智能體系統(tǒng)模型從執(zhí)行器到系統(tǒng)的輸入信號(hào)，R^m為m維Euclidean空間，y_i(t)∈R^p為第i個(gè)智能體系統(tǒng)模型的控制輸出，R^p為p維Euclidean空間；

A(r(t))∈R^n×n、B(r(t))∈R^n×m、C(r(t))∈R^n×n均為已知的實(shí)常數(shù)矩陣，R^n×n為n×n維實(shí)空間矩陣集合，R^n×m為n×m維實(shí)空間矩陣集合；{r(t)}為具有左連續(xù)軌跡的連續(xù)時(shí)間的Markov過(guò)程，其取值范圍為一個(gè)有限正整數(shù)集合S＝{1,2,3,…s}，t代表時(shí)刻；

步驟(2)給出多智能體系統(tǒng)模型：

其中，

x(t)＝[x₁(t),x₂(t),…x_N(t)]^T,

y(t)＝[y₁(t),y₂(t),…y_N(t)]^T,

其中，x(t)∈Rⁿ為多智能體系統(tǒng)模型的狀態(tài)變量，u^F(t)∈R^m為多智能體系統(tǒng)模型從執(zhí)行器到系統(tǒng)的輸入信號(hào)，y(t)∈R^p為多智能體系統(tǒng)模型的控制輸出，I_N為N階單位矩陣，代表矩陣的Kronecker積；為了表達(dá)的簡(jiǎn)便性，用A_i,B_i,C_i,來(lái)分別表示A(r(t)),B(r(t)),C(r(t))；

因此，多智能體系統(tǒng)模型(2)重新寫(xiě)成以下簡(jiǎn)化模型：

步驟(3)定義一個(gè)新的變量其中，為x(t)的實(shí)際值，定義實(shí)數(shù)矩陣I_n為n階單位矩陣，1_n為[1,1,…,1]^T∈Rⁿ；時(shí)當(dāng)且僅當(dāng)x₁(t)＝x₂(t)＝…＝x_N(t)，將簡(jiǎn)化模型的一致性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)化模型的穩(wěn)定性問(wèn)題；

將代入簡(jiǎn)化模型(3)，簡(jiǎn)化模型(3)重構(gòu)為系統(tǒng)模型：

步驟(4)當(dāng)系統(tǒng)模型(4)含有未知的執(zhí)行器偏移故障時(shí)，假設(shè)多智能體系統(tǒng)模型從執(zhí)行器到系統(tǒng)的輸入信號(hào)u^F(t)＝u(t)+d(t)，其中，u(t)∈R^m為多智能體系統(tǒng)模型待設(shè)計(jì)的控制信號(hào)，d(t)∈R^m為多智能體系統(tǒng)模型的未知執(zhí)行器偏移故障，系統(tǒng)模型(4)轉(zhuǎn)化為偏移故障模型：

步驟(5)設(shè)計(jì)故障觀測(cè)器；為了更好的實(shí)時(shí)估計(jì)未知的執(zhí)行器偏移故障，用增廣矩陣的方式，設(shè)計(jì)如下故障觀測(cè)器：

其中，R^(n+m×r)為n+m×r維Euclidean空間，且為故障觀測(cè)器的狀態(tài)變量，為x(t)的估計(jì)值，F(xiàn)_s＝d^(r-s)(t),s＝1,2,…,r,d^(r-s)(t)為d(t)的r-s階導(dǎo)數(shù)，為F_s的估計(jì)值，為故障觀測(cè)器的輸出，G_i為故障觀測(cè)器增益，

定義故障觀測(cè)器的狀態(tài)估計(jì)誤差為故障觀測(cè)器的輸出誤差為其中，

則故障觀測(cè)器誤差方程：

定理1：對(duì)于給定的正標(biāo)量δ,如果存在正定矩陣P_i＞0以及合適維度的可逆矩陣N₁使得以下線性矩陣不等式1成立：

其中，

Φ_2,2＝-He(N₁)

如果以上線性矩陣不等式1可行，故障觀測(cè)器增益可設(shè)計(jì)為G_i＝N₁^-1Z_i，故障觀測(cè)器誤差方程(8)是漸近穩(wěn)定的，其中，He(X)＝X+X^T，π_ij為多智能體系統(tǒng)模型t+Δ時(shí)刻從模態(tài)i跳變到模態(tài)j的跳變概率變化率；

步驟(6)設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制器；令K_i為容錯(cuò)控制器增益，L為拉普拉斯矩陣L＝(l_ij)∈R^N×N，多智能體系統(tǒng)模型的故障估計(jì)誤差為所估計(jì)的多智能體系統(tǒng)模型的執(zhí)行器偏移故障；將偏移故障模型(5)重新寫(xiě)為容錯(cuò)系統(tǒng)模型：

令容錯(cuò)系統(tǒng)模型的狀態(tài)估計(jì)誤差將容錯(cuò)系統(tǒng)模型(9)重構(gòu)為誤差系統(tǒng)模型：

定理2：對(duì)于給定的正標(biāo)量δ₁,γ＞0如果存在正定矩陣及合適維度的可逆矩陣使得如下線性矩陣不等式2成立：

其中，

如果以上線性矩陣不等式2可行，容錯(cuò)控制器增益可設(shè)計(jì)為容錯(cuò)系統(tǒng)模型(9)具有H_∞性能指標(biāo)γ。