[發(fā)明專利]基于飽和約束和動態(tài)事件觸發(fā)機制的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)故障檢測方法

有效

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• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113325821B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設計）人: 寧召柯;李彬;張凱;江秀強;鐘蘇川;武娜娜
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 鐘顯毅

1.一種網(wǎng)絡丟包情況下具有飽和約束和動態(tài)事件觸發(fā)機制的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)故障檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S100、建立存在外界擾動、系統(tǒng)故障和傳感器飽和的網(wǎng)絡化系統(tǒng)的數(shù)學模型：

x(k+1)＝Ax(k)+Bd(k)+Ff(k) (1)

其中，為系統(tǒng)的狀態(tài)向量，為系統(tǒng)的測量輸出向量，為滿足L₂[0，∞)范數(shù)有界的擾動輸入信號，為滿足L₂[0，∞)范數(shù)有界的待檢測故障信號，矩陣A,B,C_y,D,F,N為已知的常數(shù)矩陣；系統(tǒng)中的飽和函數(shù)定義為：

其中，ρ_(i)＞0表示已知飽和邊界，C_y(i)是常數(shù)矩陣C的第i行向量，設飽和非線性約束函數(shù)：

S200、設計故障檢測濾波器：

其中濾波器的狀態(tài)向量和輸入向量分別為和為構造的殘差信號，A_f,B_f,C_f,D_f為需要設計的濾波器參數(shù)矩陣；

建立網(wǎng)絡丟包情況下基于動態(tài)事件觸發(fā)的信息傳輸機制：

事件觸發(fā)產生函數(shù)滿足以下條件：

其中，且在傳輸過程中的傳輸時刻k_t的序列滿足0≤k₀≤k₁≤...≤k_t≤...，δ和ε為兩個非負性標量，為內部動態(tài)變量；

動態(tài)變量滿足以下等式：

其中，θ∈(0,1)為給定的常數(shù)，且表示初始值；

動態(tài)事件觸發(fā)的形式如下：

在傳感器飽和的網(wǎng)絡化系統(tǒng)中同時考慮動態(tài)事件觸發(fā)和數(shù)據(jù)包丟包的情況下，故障檢測濾波器輸入的表達方式為：

其中，γ為滿足伯努利分布的白噪聲序列，且滿足以下性質：

prob(γ＝1)＝β

prob(γ＝0)＝1-β

β∈[0,1]

通過加權表征的故障模型：

x_w(k+1)＝A_wx_w(k)+B_wf(k) (13)

其中，x_w(k)表示該故障加權模型的狀態(tài)變量，表示加權的故障信號，A_w,B_w,C_w,D_w表示已知的參數(shù)矩陣，

并定義如下狀態(tài)變量：

建立故障檢測模型如下：

其中，測量輸出及相關模型參數(shù)為：

C₁＝[0 C_y 0 0]

C_w＝[0 C_w],D_w＝[0 D_w]

L＝[βD_fD βD_fN-D_w],Z＝[0 D_fD_w],X＝βD_f,Q＝D_f,

H＝[-C_w βD_fC_y C_f (1-β)D_f],J＝[0 D_fC_y 0 -D_f]

S300、建立穩(wěn)定性判別條件：

(i)當故障檢測模型是隨機穩(wěn)定的；

(ii)對于所有的非零存在一個常數(shù)κ，使得故障檢測模型滿足以下不等式：

S400、故障檢測濾波器參數(shù)設計：

考慮存在傳感器飽和的網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)，對于給定的正常數(shù)κ，存在合適維度的矩陣R₁＞0,R₂＞0,S＞0，以及矩陣A_F,B_F,C_F,D_F和事件觸發(fā)相關參數(shù)滿足以下不等式：

通過計算得到故障檢測濾波器參數(shù)：

C_f＝C_FS^-1Y^-T,D_f＝D_F

其中，矩陣X₁和Y滿足：

S500、故障檢測濾波器求解：

根據(jù)利用Matlab中的LMI工具箱求解最小化問題：

在不等式(25)成立條件下μ的最小值，其中μ＝κ²；

然后根據(jù)預先設定好的參數(shù)，通過使用MATLAB中的LMI工具箱對最小化問題進行求解，得到相關的矩陣參數(shù)R₁,S,A_F,B_F,C_F,D_F；進一步求解，得到參數(shù)矩陣X₁和Y；進一步求解，得到故障檢測濾波器和動態(tài)事件觸發(fā)條件相關的所有參數(shù)；

其中，當式(25)無解時，則不能獲得故障檢測濾波器，結束；

S600、網(wǎng)絡化系統(tǒng)故障檢測評價機制：

用殘差評價機制來檢測網(wǎng)絡化系統(tǒng)的故障是否發(fā)生，殘差評價函數(shù)χ(k)和閾值χ_th(k)，當χ(k)＞χ_th(k)，則認為系統(tǒng)產生了故障。