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

1、隨著通信技術(shù)的進步和控制系統(tǒng)規(guī)模的擴大，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)被用來傳輸控制系統(tǒng)各節(jié)點間信息，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)便由此誕生。與點對點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)的擴展和維護比較方便。然而，由于帶寬的限制，作為傳輸信息媒介的網(wǎng)絡(luò)會帶來時延、通信受限、數(shù)據(jù)包丟失等問題，這些因素必然會影響系統(tǒng)性能，甚至?xí)斐上到y(tǒng)不穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在生活的各個方面都有應(yīng)用，故障的出現(xiàn)會給人們帶來極大的影響，及時檢測出系統(tǒng)的故障并報警

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)點間信息的傳輸媒介，在相應(yīng)的研究和設(shè)計中需要將連續(xù)系統(tǒng)進行離散化。現(xiàn)有文獻大多數(shù)使用移位算子的方法對系統(tǒng)進行離散化，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。采用Delta算子方法結(jié)合網(wǎng)絡(luò)帶來的問題對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進行分析和設(shè)計，是目前的研究熱點和重點。本文是作者對參加的

3、河南省教育廳技術(shù)研究重點資助項目《網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于Delta算子的故障檢測與濾波方法》（項目編號：14A120004），和國家自然科學(xué)基金資助項目《高速采樣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障檢測與濾波的統(tǒng)一方法》（項目編號：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)故障檢測的問題，創(chuàng)新點和研究成果如下：
　?。?）針對具有通信受限和數(shù)據(jù)包丟失的 Delta算子系統(tǒng)，設(shè)計故障檢測觀測器。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)具有隨機穩(wěn)定性和H∞性能的故障觀測器的增益值。
　?。?）在上一研究的基礎(chǔ)上，把系統(tǒng)的時延考慮在內(nèi)，建立通信受限和丟包現(xiàn)象同時存在于傳感器到控制器、控制器到執(zhí)行器鏈路的時延 Delta算子模型。設(shè)計濾波器進行參數(shù)估計，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，對算法的可行性進行仿真驗證。
　?。?）研究了通訊約束和丟包情況下時延網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)魯棒故障檢測的問題。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)計滿足漸近穩(wěn)定和H∞性能的故障檢測濾波器。并在現(xiàn)有的評價函數(shù)和閾值的基礎(chǔ)上提出新的故障檢測的標(biāo)準(zhǔn)。通過仿真對比，所設(shè)計的算法對