一种非线性网络化控制系统的随机故障检测方法技术方案

本发明专利技术公开一种非线性网络化控制系统的随机故障检测方法，属于网络化控制系统领域。本方法首先用统一的模型描述随机丢包和随机时延，建立离散网络化控制系统模型，再设计故障检测滤波器，构造滤波误差系统，引入残差评估机制来判断故障是否发生；利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法，得到滤波误差系统均方指数稳定和故障检测滤波器存在的充分条件，利用Matlab LMI工具箱求解最优化问题，给出最优故障检测滤波器参数。本发明专利技术方法考虑了实际情况下系统存在传感器饱和以及随机故障、丢包、时延和非线性，发生情况满足Bernoulli分布，适用于一般的故障检测，降低保守性。

A random fault detection method for Nonlinear Networked Control System

The invention discloses a random fault detection method of a nonlinear networked control system, which belongs to the field of networked control system. In this method, firstly, a unified model is used to describe the random packet loss and time delay, then a discrete networked control system model is established, then a fault detection filter is designed, a filter error system is constructed, and a residual evaluation mechanism is introduced to determine whether a fault occurs. By using Lyapunov stability theory and linear matrix inequality method, the mean square exponential stability and fault detection filter of the filter error system are obtained Based on the sufficient conditions for the existence of waveguides, the optimization problem is solved by using MATLAB LMI toolbox, and the optimal parameters of fault detection filters are given. The method of the invention considers the sensor saturation, random fault, packet loss, time delay and nonlinearity of the system under the actual situation, and the occurrence meets the Bernoulli distribution, which is suitable for general fault detection and reduces the conservatism.

【技术实现步骤摘要】
一种非线性网络化控制系统的随机故障检测方法
本专利技术属于网络化控制系统领域，涉及一种传感器饱和约束下带丢包和时延的非线性网络化控制系统的随机故障检测方法。
技术介绍
近年来，随着网络技术的迅速发展，网络化控制系统(NetworkedControlSystem,NCS)开始得到众多学者的关注。网络化控制系统具有安装维护方便、灵活性高和易于重构等优点，在网络化控制系统中传感器、执行器、控制器以及其他系统元件通过网络进行连接。然而网络的引入会带来一些新的问题，如数据丢失、网络诱导的时延、非线性等，这些问题将影响系统的性能和稳定性，甚至产生故障，因此故障检测方法是近年来研究的热点。故障检测的关键一步就是设计故障检测滤波器作为残差产生机制，得到对故障敏感的残差信号，再利用残差评估机制判断故障是否发生。由于网络变化的不可预测性，网络化控制系统中存在很多随机现象，比如随机非线性、随机丢包以及随机时延等，然而大多研究成果将系统中的故障假设为确定性发生的，且很多是将时延和丢包现象分开建模。同时由于物理限制，传感器的输出量或者输出的速率不可能任意大，幅值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非线性网络化控制系统的随机故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)建立存在随机故障、随机丢包、随机时延和传感器饱和的非线性网络化控制系统的数学模型：/n

【技术特征摘要】
1.一种非线性网络化控制系统的随机故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立存在随机故障、随机丢包、随机时延和传感器饱和的非线性网络化控制系统的数学模型：



其中：k是离散时间指标，且k∈[-dq,N-1]，N是自然数集；

为网络化控制系统的状态向量；是状态向量初始值；是控制输入向量；为有限能量的未知输入向量，属于l2[0,∞)空间，l2[0,∞)是平方可积向量的空间；为待检测的故障信号向量；是网络化控制系统中的非线性向量值函数，满足[g(x(k))-R1x(k)]T[g(x(k))-R2x(k)]≤0，R2-R1是对称正定矩阵；

为考虑传感器饱和、随机丢包和时延情况下系统的测量输出向量；是常数时延，j＝1,…,q，d1<d2<…<dq，q是最大时延dq的下标，是正整数集；

和是传感器饱和中的非线性部分，满足和和是对角矩阵，是对称正定矩阵；
τ(k)是k时刻时延大小和数据丢包情况的随机变量；
H{τ(k)＝0}和是丢包和时延发生情况的随机变量，满足E{H{τ(k)＝0}}＝Prob{τ(k)＝0}＝β0，




和为系统的常数矩阵；α(k)是故障发生情况的随机变量；δ(k)是非线性发生情况的随机变量；α(k)和δ(k)满足Bernoulli分布：






其中：Prob{·}表示事件发生概率，Var{·}表示方差，E{·}表示数学期望；E{α(k)}表示α(k)＝1发生的概率，是具体的概率数值，是α(k)的方差；E{δ(k)}表示δ(k)＝1发生的概率，是具体的概率数值，是δ(k)的方差；和是已知的常数；
2)设计故障检测滤波器：



其中：为故障检测滤波器的状态向量；为故障检测滤波器输出的残差向量；是需要被确定的故障检测滤波器的参数；
3)构造滤波误差系统模型：



其中：

θ(k)＝[uT(k)wT(k)fT(k)]T，e(k)＝r(k)-f(k)，



























0和I分别代表适当维数的零矩阵和单位矩阵；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘丰，高敏，王蕾，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32