[發明專利]基于飽和約束和動態事件觸發機制的網絡控制系統故障檢測方法

有效

• 申請號: 202110569922.4
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113325821B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（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

本發明公開了一種網絡丟包情況下具有飽和約束和動態事件觸發機制的網絡控制系統故障檢測方法，包括建立傳感器飽和的網絡化系統模型，通過設計動態事件觸發通信機制，構建故障檢測濾波器和加權故障模型，進而建立故障檢測模型，并在考慮數據丟包的前提下，采用伯努利分布的白噪聲序列構建數據丟包模型，此外依據李雅普諾夫函數，建立確保故障檢測模型系統穩定性和檢測性能的判定條件。與此同時，在此過程中，動態事件觸發機制的應用能更加有效地提高網絡資源利用率，節省網絡通信資源。本發明對具有系統故障和傳感器飽和的網絡化控制系統設計故障檢測濾波器，結合加權故障最小狀態空間建模，從而提高了系統的故障檢測性能。

技術領域

本發明涉及網絡控制系統故障檢測技術領域，具體地講，是涉及一種網絡丟包情況下具有飽和約束和動態事件觸發機制的網絡控制系統故障檢測方法。

背景技術

近年來，隨著網絡技術的快速發展，網絡化控制系統得到了越來越多學者的關注。同時，網絡控制系統由于其安裝維護低成本，安全性、可靠性高，通信結構靈活等優點，在復雜工業控制系統中獲得了廣泛關注。網絡控制系統中，傳感器、執行器和控制器通過一個共享的通訊網絡相互聯系。隨著網絡控制系統對于安全、穩定、高性能的要求不斷提高，針對網絡控制系統的故障檢測問題成為了一個重要的研究領域。

由于通信網絡的引入和網絡控制系統本身的特性，不可避免的為網絡控制系統帶來了新的問題和挑戰，比如通信延時，數據丟包，數據錯序，帶寬有限等問題。目前大部分的網絡控制系統的研究成果是針對于系統的時滯、丟包、亂序等問題而提出的控制器、濾波器的設計方法，然而針對時滯、數據丟包和傳感器飽和的網絡控制系統的故障診斷問題的研究還是相對較少。而且，這些問題的存在不僅會降低控制系統的性能，甚至給控制系統帶來不穩定性。因此，研究傳感器飽和的網絡化系統的故障檢測問題具有非常重要的理論研究價值和實際應用前景。

對于傳感器飽和的網絡化系統的故障檢測問題，大多數采用事件觸發的方法。但在很多實際情況下，受限的網絡資源傳輸的數據數量也是有限的。因此，需要設計一種方法在不影響數據有效性的前提下，使網絡通道中傳輸的數據數量盡可能的降低。相較于常見的靜態事件觸發機制，如申請號為201810652991.X的中國專利文獻記載了一種基于事件觸發機制的非線性網絡控制系統故障檢測方法，其主要針對的問題為系統非線性以及靜態事件觸發機制并構建故障檢測模型，相對缺乏對多個系統因素影響的考慮，不太貼合實際工程應用，而動態事件觸發機制的優勢在于它可以具體依據實際情況調整閾值參數，在節約有限網絡通信資源方面，可更有效地緩解通信壓力。

在傳感器飽和約束方面，如申請號為201810205440.9的中國專利文獻記載了一種傳感器飽和約束下網絡化系統的隨機故障檢測方法，但其只考慮了傳感器飽和約束下的故障檢測問題，并沒有考慮實際工業網絡中經常出現的通信資源受限及數據丟包問題。

因此現有技術存在問題有：針對通訊網絡中的傳輸方式多采用的是等時間間隔觸發的傳統周期觸發機制，在實際網絡帶寬有限的情況下不可避免的產生網絡擁堵。且當閉環網絡系統產生數據包丟包時閉環網絡系統的性能會變差，嚴重時甚至會出現失控等現象。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種網絡丟包情況下具有飽和約束和動態事件觸發機制的網絡控制系統故障檢測方法，以解決實際工業網絡受限情況下的故障檢測問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種網絡丟包情況下具有飽和約束和動態事件觸發機制的網絡控制系統故障檢測方法，包括以下步驟：

S100、建立存在外界擾動、系統故障和傳感器飽和的網絡化系統的數學模型；

S200、設計故障檢測濾波器，建立網絡丟包情況下基于動態事件觸發的信息傳輸機制，并結合動態事件觸發的信息傳輸機制，構建故障檢測濾波器和加權故障模型，建立故障檢測模型；

S300、建立故障檢測模型隨機穩定性的判別條件；