[发明专利]一种基于Round-Robin协议的网络化系统的故障检测方法

权利要求书

1.一种基于Round-Robin协议的网络化系统的故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立存在故障和扰动的网络化系统的被控对象数学模型：

其中：是系统的状态向量，是系统的可测量输出，为带有饱和约束的系统输出，是系统的一个非线性函数，属于[R₁,R₂]，是系统的扰动输入，是待检测故障信号，w(k)∈l₂[0,∞)；是系统的常数矩阵；是传感器饱和中的非线性部分，属于[K₁,K₂]，是一个对称正定矩阵；

在传感器饱和约束下，基于Round-Robin协议的全阶故障检测滤波器输入为：

其中：σ(k)＝mod(k-1,m)+1表示在k时刻具有通信权限的传感器节点，是单位矩阵，Φ_σ(k)＝diag{δ(σ(k)-1),δ(σ(k)-2),...,δ(σ(k)-m)}，并且是Kronecker Delta函数，m表示传感器网络处的节点数；

2)设计全阶故障检测滤波器：

其中：为全阶故障检测滤波器的状态估计，是全阶故障检测滤波器的残差信号，是有待确定的全阶故障检测滤波器的参数；

引入残差评估机制来检测故障是否发生，残差评估函数J(k)和阈值J(th)分别为：

其中：L为评估函数最大的时间长度，用式(5)判断系统是否有故障发生：

3)系统均方渐进稳定和全阶故障检测滤波器存在的充分条件为：

其中：Ξ₂₁＝[-λ₁Ψ₅ -λ₁Ψ₆]，C₁＝[Φ_σ(k)K₁C I-Φ_σ(k)]，E₁＝[Φ_σ(k) A_w10]，

其中：*代表对称位置矩阵的转置，0是零矩阵；是未知矩阵；λ₁是给定的常数，γ＞0是给定的系统性能指标；

给定常数m，λ₁＞0以及一个γ＞0的指标，利用MATLAB中的LMI工具箱求解式(6)，当存在一个正定矩阵P和矩阵G，使得式(6)成立，则系统是均方渐进稳定的，且满足H_∞性能指标，能够获得非最优的全阶故障检测滤波器参数，即能够进行步骤4)；当上述未知变量没有可行解，则系统不是均方渐进稳定的，且不能获得非最优全阶故障检测滤波器的参数，不能进行步骤4)；

4)计算最优全阶故障检测滤波器参数

根据求出性能指标γ，利用MATLAB LMI工具箱求解最优化问题式(7)：

其中：r_e(k)＝r(k)-f(k)为残差误差信号，ω(k)＝[w^T(k) f^T(k)]^T；

当式(7)有解，能够得到最优全阶故障检测滤波器参数，并且最优H_∞性能指标为γ_min，利用式(7)求出非奇异矩阵便能获得最优的全阶故障检测滤波器参数：

当式(7)无解，则无法获得最优的全阶故障检测滤波器参数；

5)基于Round-Robin协议的网络化系统的故障检测

根据网络化系统实际运行时得到的全阶故障检测滤波器的输入由式(3)得到全阶故障检测滤波器的残差信号r(k)，然后由式(4)计算得到残差评估函数J(k)和阈值J(th)，最后由式(5)判断系统故障是否发生。