[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

说明书

本发明公开一种基于Round‑Robin协议的网络化系统的故障检测方法，属于网络化系统领域；首先建立存在传感器饱和、扰动和故障情况下离散时间网络化系统模型，通过引入了Round‑Robin通讯协议解决共享网络带宽受限的问题，再设计全阶故障检测滤波器，引入残差评估机制来判断系统是否发生故障；运用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式分析方法，得到滤波误差系统均方渐近稳定和全阶故障检测滤波器存在的充分条件；利用MatlabLMI工具箱求解最优化问题，得到最优全阶故障检测滤波器参数为本发明方法考虑了实际情况下系统存在网络带宽受限、传感器饱和以及故障，适用于一般的故障检测，具有较好的普适性。

技术领域

本发明属于网络化系统领域，涉及一种基于Round-Robin协议的网络化系统的故障检测方法。

背景技术

随着时代的发展，近几年关于网络化系统的故障检测问题吸引了大量学者的注意。网络化系统具有适用范围广、安装维护方便等众多优点，但是在网络化系统中不可避免的会出现一些降低系统稳定性的因素，如时延、量化、丢包、扰动输入等问题，这些问题的出现都会对系统性能产生较大的影响，甚至会影响系统的稳定性，严重时将导致系统发生故障，因此大量的学者就故障检测问题进行了深入的研究。

网络化系统故障检测的关键一步是设计全阶故障检测滤波器，得到对扰动鲁棒、对故障敏感的残差信号，然后利用残差评估机制判断故障是否发生。由于共享的网络带宽是有限的，多个传感器同时使用该网络进行通信时，容易造成数据的冲突、融合、混乱等一系列问题，这会破坏数据帧的结构，严重影响故障检测的及时性与准确性。Round-Robin网络通信协议能够有效管理各传感器访问网络的权力，它在某一时刻只赋予一个传感器通信权限。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于Round-Robin协议的网络化系统的故障检测方法。在基于Round-Robin协议的基础上，考虑了网络化系统中存在的通讯受限、扰动、故障、传感器饱和以及非线性项的情况，设计了全阶故障检测滤波器，使得网络化系统在上述情况下仍能保持均方渐进稳定并且满足一定的H_∞性能指标，同时能有效地检测出系统的故障。

本发明的技术方案：

一种基于Round-Robin协议的网络化系统的故障检测方法，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KroneckerDelta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：