一种基于最优可变阶观测器的多车跟踪系统故障检测方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于最优可变阶观测器的多车跟踪系统故障检测方法，属于故障检测技术领域。解决了事件触发下观测器残差对系统故障灵敏性不高的问题。其技术方案为：通过事件触发机制减少系统非必要的通讯传输，设计可变阶观测器用于残差生成，并求解性能指标获得最优后置滤波器来增强残差对扰动的鲁棒性和对故障的灵敏性，最后采用基于中心对称多胞体的方法设计出故障决策逻辑。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术能在自适应混合事件触发机制下，有效降低多车跟踪系统非必要网络数据传输导致的损耗，并在可变阶观测器提升观测阶次灵活性的同时实现了残差对未知扰动具有鲁棒性和对故障具有灵敏性的权衡，最终实现对多车跟踪系统的最优故障检测。统的最优故障检测。统的最优故障检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于最优可变阶观测器的多车跟踪系统故障检测方法


[0001]本专利技术涉及故障检测
，尤其涉及一种基于最优可变阶观测器的多车跟踪系统故障检测方法。

技术介绍

[0002]汽车的车机系统和网络通信技术的不断升级，促使了自动驾驶技术的迅猛发展，而多车跟踪系统作为自动驾驶技术中的一个关键组成部分，其安全性问题理应得到重视。因为一旦多车跟踪系统发生故障，将导致巨大的经济损失，甚至威胁到驾乘人员的生命安全。
[0003]多车跟踪系统运行过程中需要传输大量数据，传统定周期的传输机制会造成大量冗余信息，进而导致网络资源的非必要损耗，为避免这一现象，现流行的事件触发机制应运而生。此外，在通过构建残差来检测跟踪系统是否存在故障的方法中，具有在线故障检测能力且阶次灵活的诊断观测器，因其参数矩阵需满足Luenberger条件而未得到推广，并且现有残差对扰动的鲁棒性和对故障的灵敏性可进一步提高。因此，针对多车跟踪系统，开展基于最优可变阶观测器的故障检测方法研究具有重要的实际意义和应用价值。
[0004]随着多车跟踪系统的发展，一种基于最优可变阶观测器的多车跟踪系统故障检测方法被提出用于解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于最优可变阶观测器的多车跟踪系统故障检测方法，能在自适应混合事件触发机制下，有效降低多车跟踪系统非必要网络数据传输导致的损耗，并在可变阶观测器提升观测阶次灵活性的同时实现了残差对未知扰动具有鲁棒性和对故障具有灵敏性的权衡，最终实现对多车跟踪系统的最优故障检测。
[0006]本专利技术的专利技术思想为：首先，构造包含未知扰动、传感器测量噪声和控制器故障的多车跟踪系统模型；其次，为实现有限网络资源的充分利用，设计自适应混合事件触发机制来约束数据传输；接着，构建数值与代数结合型的可变阶观测器参数矩阵生成算法，并通过设计和求解以最优后置滤波器为目标的性能权衡指标来增强生成残差对故障的灵敏性和对未知扰动的鲁棒性；然后，构建在无故障时的误差动态系统，并依据残差各组成成分对应的中心对称多胞体得出受降阶算子阶次约束的残差中心对称多胞体；最后，根据残差中心对称多胞体对应的上下界设定残差阈值，以增强基于中心对称多胞体故障检测算法的实用性，从而确保多车跟踪系统中的故障能被及时的检测出来；该方法能在自适应混合事件触发机制下，有效降低多车跟踪系统非必要网络数据传输导致的损耗，并在可变阶观测器的提升观测阶次灵活性的同时实现了残差对未知扰动具有鲁棒性和对故障具有灵敏性的权衡，最终实现对多车跟踪系统的最优故障检测。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用技术方案具体为：一种基于最优可变阶观测器的多车跟踪系统故障检测方法，具体包括以下步骤：
[0008]a.构造包含未知扰动、传感器测量噪声和控制器故障的多车跟踪系统模型；
[0009]b.为实现有限网络资源的充分利用，设计自适应混合事件触发机制来约束数据传输；
[0010]c.构建数值与代数结合型的可变阶观测器参数矩阵生成算法，并通过设计和求解以最优后置滤波器为目标的性能权衡指标来增强生成残差对故障的灵敏性和对未知扰动的鲁棒性；
[0011]d.构建在无故障时的误差动态系统，并依据残差各组成成分对应的中心对称多胞体得出受降阶算子阶次约束的残差中心对称多胞体；
[0012]e.根据残差中心对称多胞体对应的上下界设定残差阈值，以增强基于中心对称多胞体故障检测算法的实用性，从而确保多车跟踪系统中的故障能被及时的检测出来。
[0013]进一步地，所述步骤a中构造包含未知扰动、传感器测量噪声和控制器故障的多车跟踪系统模型如下：
[0014]x(k+1)＝Ax(k)+B
u
u(k)+E
d
d(k)+E
f
f(k)
[0015]y(k)＝Cx(k)+D
u
u(k)+F
d
d(k)+F
f
f(k)
[0016]其中，分别表示多车跟踪系统中未知但有界的状态，系统的实际控制输入，未知扰动、故障信号和测量输出。此外，A,B
u
,E
d
,E
f
,C,D
u
,F
d
,F
f
均是具有适应维数的多车跟踪系统矩阵，并且满足rank(C)＝m≤n。同时，(A,B)对是可控的，(A,C)对是可观测的。
[0017]进一步地，所述步骤b中所述为实现有限网络资源的充分利用，设计自适应混合事件触发机制来约束数据传输的事件触发机制如下：
[0018][0019]其中，k
i+1
为即将事件触发的时刻，k
i
为上一次事件触发的时刻，k
inf
＝k
i
+h
k
表示触发时刻的下界，h
k
为自适应静默时间，k
sup
＝k
i
+τ
max
表示触发时刻的上界，τ
max
表示最大触发间隔,I＝{1,...,m}表示含有m个数的集合，Δ
g
(k)＝y
g
(k)
‑
y
g
(k
i
)，0＜δ
g
(k)＜1为自适应触发阈值。拆分y(k)＝[y1(k),...,y
g
(k),...,y
m
(k)]T
，δ(k)＝diag{δ1(k),...,δ
g
(k),...,δ
m
(k)}。
[0020]进一步地，所述步骤c中所述构建数值与代数结合型的可变阶观测器参数矩阵生成算法，并通过设计和求解以最优后置滤波器为目标的性能权衡指标来增强生成残差对故障的灵敏性和对未知扰动的鲁棒性。对应的可变阶观测器结构如下：
[0021][0022][0023]其中，表示可变阶观测器的状态向量(s≥n
‑
m+1)，表示生成的残差信号，表示y(k
i
)经零阶保持器处理后的值，R(k)表示待求的最优后置滤波器，“*”表示卷积符号。G,H,L,V,W,Q和变阶观测过程中需要引入的矩阵T表示待设计的可变阶观测器参数矩阵，并为使得观测器生成的残差满足基本的残差生成条件，这些待设计的参数矩阵必须满足著名的Luenberger条件。
[0024]为使得上述待设计的参数矩阵满足Luenberger条件，本文构建的数值与代数结合型的可变阶观测器参数矩阵生成算法如下：
[0025]先求解一组左零空间v
s
＝[v
s,0 v
s,1 ... v
s,s
]，使其满足等式
[0026][0027]再设定一组向量g＝[g
1 g2ꢀ…ꢀ
g
s
]，确保矩阵G的稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最优可变阶观测器的多车跟踪系统故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：a.构造包含未知扰动、传感器测量噪声和控制器故障的多车跟踪系统模型；b.为实现有限网络资源的充分利用，设计自适应混合事件触发机制来约束数据传输；c.构建数值与代数结合型的可变阶观测器参数矩阵生成算法，并通过设计和求解以最优后置滤波器为目标的性能权衡指标来增强生成残差对故障的灵敏性和对未知扰动的鲁棒性；d.构建在无故障时的误差动态系统，并依据残差各组成成分对应的中心对称多胞体得出受降阶算子阶次约束的残差中心对称多胞体；e.根据残差中心对称多胞体对应的上下界设定残差阈值，以增强基于中心对称多胞体故障检测算法的实用性，从而确保多车跟踪系统中的故障能被及时的检测出来。2.根据权利要求1所述的基于最优可变阶观测器的多车跟踪系统故障检测方法，其特征在于，所述步骤a中构造包含未知扰动、传感器测量噪声和控制器故障的多车跟踪系统模型具体如下：x(k+1)＝Ax(k)+B
u
u(k)+E
d
d(k)+E
f
f(k)y(k)＝Cx(k)+D
u
u(k)+F
d
d(k)+F
f
f(k)其中，分别表示多车跟踪系统中未知但有界的状态，系统的实际控制输入，未知扰动、故障信号和测量输出；此外，A,B
u
,E
d
,E
f
,C,D
u
,F
d
,F
f
均是具有适应维数的多车跟踪系统矩阵，并且满足rank(C)＝m≤n，同时，(A,B)对是可控的，(A,C)对是可观测的。3.根据权利要求1所述的基于最优可变阶观测器的多车跟踪系统故障检测方法，其特征在于，所述步骤b具体为：所述为实现有限网络资源的充分利用，设计自适应混合事件触发机制来约束数据传输的事件触发机制如下：其中，k
i+1
为即将事件触发的时刻，k
i
为上一次事件触发的时刻，k
inf
＝k
i
+h
k
表示触发时刻的下界，h
k
为自适应静默时间，k
sup
＝k
i
+τ
max
表示触发时刻的上界，τ
max
表示最大触发间隔,I＝{1,...,m}表示含有m个数的集合，Δ
g
(k)＝y
g
(k)
‑
y
g
(k
i
)，0＜δ
g
(k)＜1为自适应触发阈值，拆分y(k)＝[y1(k),...,y
g
(k),...,y
m
(k)]
T
，δ(k)＝diag{δ1(k),...,δ
g
(k),...,δ
m
(k)}。4.根据权利要求1所述的基于最优可变阶观测器的多车跟踪系统故障检测方法，其特征在于，所述步骤c中：所述构建数值与代数结合型的可变阶观测器参数矩阵生成算法，并通过设计和求解以最优后置滤波器为目标的性能权衡指标来增强生成残差对故障的灵敏性和对未知扰动的鲁棒性，对应的可变阶观测器结构如下：鲁棒性，对应的可变阶观测器结构如下：
其中，表示可变阶观测器的状态向量(s≥n
‑
m+1)，表示生成的残差信号，表示y(k
i
)经零阶保持器处理后的值，R(k)表示待求的最优后置滤波器，“*”表示卷积符号；G,H,L,V,W,Q和变阶观测过程中需要引入的矩阵T表示待设计的可变阶观测器参数矩阵，并为使得观测器生成的残差满足基本的残差生成条件，这些待设计的参数矩阵须满足著名的Luenberger条件；为使得上述待设计的参数矩阵满足Luenberger条件，构建的数值与代数结合型的可变阶观测器参数矩阵生成算法如...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱爱兵，吴劲松，姜旭，瞿遂春，王胜锋，彭家浩，李雪，马晨，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：