一種隨機丟包下非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的魯棒故障檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及帶有隨機數(shù)據(jù)包丟失的一類離散時間網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的魯棒故障檢測方法。對象為帶有未知擾動和非線性項的時變系統(tǒng)，系統(tǒng)參數(shù)時變且滿足范數(shù)有界條件，非線性項滿足扇形域有界條件，未知輸入為統(tǒng)計特性未知的任意能量有界信號。通過狀態(tài)增廣，原故障檢測問題可轉(zhuǎn)化為魯棒H∞濾波問題：即設(shè)計一個魯棒故障檢測濾波器使得對任意允許的時變參數(shù)、外界擾動及所有可能的數(shù)據(jù)丟失，故障檢測濾波器輸出與故障信號的差在H∞意義下盡量小。利用Lyapunov函數(shù)方法證明了故障檢測總體系統(tǒng)的漸近均方穩(wěn)定且滿足相應(yīng)的H∞擾動抑制要求，用LMI形式給出了滿足要求的魯棒故障檢測濾波器存在的一個充分條件及該故障檢測濾波器參數(shù)的設(shè)計方法。
【專利說明】一種隨機丟包下非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的魯棒故障檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及故障檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種隨機丟包下非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的魯 棒故障檢測方法。

【背景技術(shù)】：
[0002] 故障檢測技術(shù)是現(xiàn)代控制理論中一個重要的研究方向，對于保證系統(tǒng)安全運行具 有重要意義?，F(xiàn)有的故障檢測理論絕大多數(shù)是針對傳統(tǒng)的系統(tǒng)建立起來的，系統(tǒng)各部件之 間的數(shù)據(jù)傳遞是無信號時滯或丟失的理想過程。而網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的出現(xiàn)給傳統(tǒng)的故障檢測理 論帶來了新的挑戰(zhàn)其中一個重要問題即為網(wǎng)絡(luò)的引入所帶來的數(shù)據(jù)的丟失。引起數(shù)據(jù)丟失 的原因主要有三種：1)由于多數(shù)據(jù)包共享帶寬有限的通信信道，不同數(shù)據(jù)包在傳輸過程中 出現(xiàn)沖突并造成數(shù)據(jù)包的丟失；2)如果某一時刻采樣獲得的數(shù)據(jù)包在其后采樣的數(shù)據(jù)之 后到達(dá)接收器，這種數(shù)據(jù)包也會被丟棄；3)數(shù)據(jù)傳輸中大于某特定長度的時滯也可視為數(shù) 據(jù)丟失。
[0003] 對數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的描述主要集中在隨機框架下，概括起來主要有以下幾種方式： 1)在觀測方程中引入一個Bernoulli分布的隨機序列；2)利用Markov跳變系統(tǒng)的不同模 態(tài)描述數(shù)據(jù)的丟失與否；3)在觀測方程中引入不完整矩陣。目前，考慮數(shù)據(jù)丟失的網(wǎng)絡(luò)化 系統(tǒng)的故障檢測問題成果較少。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明主要涉及帶有隨機數(shù)據(jù)包丟失的一類離散時間網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的魯棒故障檢 測問題。公開了一種隨機丟包下非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的魯棒故障檢測方法，包括以下步驟：
[0005] (1)分析帶有未知擾動和非線性項的時變系統(tǒng)，系統(tǒng)參數(shù)時變且滿足范數(shù)有界條 件，非線性項滿足扇形域有界條件，未知輸入為統(tǒng)計特性未知的任意能量有界信號。
[0006] (2)設(shè)計一個魯棒故障檢測濾波器使得對任意允許的時變參數(shù)、外界擾動及所有 可能的數(shù)據(jù)丟失，故障檢測濾波器輸出即殘差與故障信號的差在Hm意義下盡量小。
[0007] (3)利用Lyapunov函數(shù)方法證明故障檢測總體系統(tǒng)的漸近均方穩(wěn)定且滿足相應(yīng) 的Hm擾動抑制要求，用LMI形式給出了滿足要求的魯棒故障檢測濾波器存在的一個充分條 件及該故障檢測濾波器參數(shù)的設(shè)計方法。
[0008] 作為優(yōu)選，分析帶有未知擾動和非線性項的時變系統(tǒng)中，對于給定的標(biāo)量Y > 0 及已知的濾波器參數(shù)G，K，L，如果存在標(biāo)量δ及對稱正定矩陣P = Ρτ > 〇和Q = QT > 〇 滿足：
[0009]

【權(quán)利要求】
1. 一種隨機丟包下非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的魯棒故障檢測方法，其特征在于：所述故障檢 測方法包括以下步驟： (1) 分析帶有未知擾動和非線性項的時變系統(tǒng)，系統(tǒng)參數(shù)時變且滿足范數(shù)有界條件，非 線性項滿足扇形域有界條件，未知輸入為統(tǒng)計特性未知的任意能量有界信號； (2) 設(shè)計一個魯棒故障檢測濾波器使得對任意允許的時變參數(shù)、外界擾動及所有可能 的數(shù)據(jù)丟失，故障檢測濾波器輸出即殘差與故障信號的差在Hm意義下盡量小； (3) 利用Lyapunov函數(shù)方法證明故障檢測總體系統(tǒng)的漸近均方穩(wěn)定且滿足相應(yīng)的Hm 擾動抑制要求，用LMI形式給出了滿足要求的魯棒故障檢測濾波器存在的一個充分條件及 該故障檢測濾波器參數(shù)的設(shè)計方法。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種隨機丟包下非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的魯棒故障檢測方法，其特 征在于：所述分析帶有未知擾動和非線性項的時變系統(tǒng)中，對于給定的標(biāo)量Y >0及已知 的濾波器參數(shù)G，K，L，如果存在標(biāo)量δ及對稱正定矩陣P = Ρτ > 〇和Q = QT > 〇滿足：
其中，
則系統(tǒng)滿足零輸入條件下，系統(tǒng)
為漸近均方穩(wěn)定；零初值條件下，對任意非零輸入vk，
的輸出&滿足E{| |r| |2} < Y2| |v| |2其中γ >0為一預(yù)先指定的Hm擾動抑制水平。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種隨機丟包下非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的魯棒故障檢測方法，其特 征在于：所述魯棒故障檢測濾波器使得系統(tǒng)
漸近均方穩(wěn)定且滿足Hm擾動抑制條件E {| | r | |2} < γ 21 | v | |2的一個充分條件是存在 實矩陣R = RT > 〇, S = ST > 0, Q = QT > 0, Up U2, U3及實數(shù)標(biāo)量δ，ε > 〇使得如下LMI 成立
其中，Ψi = Ψi,2 = 9 Q_ δ T「S， = ATR +/3CTU【+U【，ψ2,2 = Θ Q-δ T「R，
;如果成立，則滿足要求的魯棒故障檢測濾波器參數(shù)可 由下式得到，
這里χ12與Y12由/-ΛΤ1 =岑2拉<0確定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種隨機丟包下非線性網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的魯棒故障檢測方法，其特 征在于：所述證明方法采用如下形式的殘差評價數(shù)J k及閾值Jth進行故障有無的判別
基于該形式的殘差評價函數(shù)及閾值，可由以下關(guān)系判別故障是否發(fā)生
【文檔編號】G05B23/02GK104090569SQ201410341294
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】張琳, 汪文峰, 余江明, 張佳麗, 王君, 孫安全, 劉濤, 牛天林, 楊新宇 申請人:張琳