[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

摘要

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。

主权项

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时刻具有通信权力的传感器节点，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：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]，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：re(k)＝r(k)‑f(k)为残差误差信号，ω(k)＝[wT(k) fT(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。