具有通信受限和丟包的Delta算子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障檢測(cè)研究.pdf

1、隨著通信技術(shù)的進(jìn)步和控制系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)被用來傳輸控制系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)間信息，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)便由此誕生。與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸模式的控制系統(tǒng)相比，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的布線較少、安裝簡單、信息共享并且系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)比較方便。然而，由于帶寬的限制，作為傳輸信息媒介的網(wǎng)絡(luò)會(huì)帶來時(shí)延、通信受限、數(shù)據(jù)包丟失等問題，這些因素必然會(huì)影響系統(tǒng)性能，甚至?xí)斐上到y(tǒng)不穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在生活的各個(gè)方面都有應(yīng)用，故障的出現(xiàn)會(huì)給人們帶來極大的影響，及時(shí)檢測(cè)出系統(tǒng)的故障并報(bào)警

2、顯得尤為重要。
　　由于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中采用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)作為節(jié)點(diǎn)間信息的傳輸媒介，在相應(yīng)的研究和設(shè)計(jì)中需要將連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行離散化。現(xiàn)有文獻(xiàn)大多數(shù)使用移位算子的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行離散化，而在高速采樣的情況下，利用移位算子離散得到的系統(tǒng)并不趨近于離散前的連續(xù)系統(tǒng)，并且其極點(diǎn)不完全在穩(wěn)定環(huán)內(nèi)，使用Delta算子離散化方法則能避免這種缺點(diǎn)。采用Delta算子方法結(jié)合網(wǎng)絡(luò)帶來的問題對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，是目前的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。本文是作者對(duì)參加的

3、河南省教育廳技術(shù)研究重點(diǎn)資助項(xiàng)目《網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于Delta算子的故障檢測(cè)與濾波方法》（項(xiàng)目編號(hào)：14A120004），和國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目《高速采樣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障檢測(cè)與濾波的統(tǒng)一方法》（項(xiàng)目編號(hào)：61471323）所做研究的總結(jié)。本文采用Delta離散化方法研究了通信受限和丟包環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障檢測(cè)的問題，創(chuàng)新點(diǎn)和研究成果如下：
　?。?）針對(duì)具有通信受限和數(shù)據(jù)包丟失的 Delta算子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)故障檢測(cè)觀測(cè)器。采用通信序列的方

4、法解決通信約束，使用馬爾科夫鏈描述系統(tǒng)的丟包，將所研究的系統(tǒng)建模為馬爾科夫切換系統(tǒng)。利用隨機(jī)穩(wěn)定性理論和線性矩陣不等式(LMIs)工具箱，得到系統(tǒng)具有隨機(jī)穩(wěn)定性和H∞性能的故障觀測(cè)器的增益值。
　?。?）在上一研究的基礎(chǔ)上，把系統(tǒng)的時(shí)延考慮在內(nèi)，建立通信受限和丟包現(xiàn)象同時(shí)存在于傳感器到控制器、控制器到執(zhí)行器鏈路的時(shí)延 Delta算子模型。設(shè)計(jì)濾波器進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，從而產(chǎn)生殘差系統(tǒng)。使用Delta域的Lyapunov泛函數(shù)技術(shù)和線性矩

5、陣不等式(LMIs)工具箱，得到系統(tǒng)滿足漸近穩(wěn)定性和H∞性能的充分條件。并用凸優(yōu)化方法求其相應(yīng)的解，對(duì)算法的可行性進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
　?。?）研究了通訊約束和丟包情況下時(shí)延網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)魯棒故障檢測(cè)的問題。將系統(tǒng)建模為參數(shù)不確定的Delta算子模型，使用狀態(tài)反饋控制律方法和Multi-Lyapunov函數(shù)技術(shù)設(shè)計(jì)滿足漸近穩(wěn)定和H∞性能的故障檢測(cè)濾波器。并在現(xiàn)有的評(píng)價(jià)函數(shù)和閾值的基礎(chǔ)上提出新的故障檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。通過仿真對(duì)比，所設(shè)計(jì)的算法對(duì)