一种随机丢包下非线性网络化系统的鲁棒故障检测方法
【专利摘要】本发明涉及带有随机数据包丢失的一类离散时间网络化系统的鲁棒故障检测方法。对象为带有未知扰动和非线性项的时变系统，系统参数时变且满足范数有界条件，非线性项满足扇形域有界条件，未知输入为统计特性未知的任意能量有界信号。通过状态增广，原故障检测问题可转化为鲁棒H∞滤波问题：即设计一个鲁棒故障检测滤波器使得对任意允许的时变参数、外界扰动及所有可能的数据丢失，故障检测滤波器输出与故障信号的差在H∞意义下尽量小。利用Lyapunov函数方法证明了故障检测总体系统的渐近均方稳定且满足相应的H∞扰动抑制要求，用LMI形式给出了满足要求的鲁棒故障检测滤波器存在的一个充分条件及该故障检测滤波器参数的设计方法。
【专利说明】一种随机丢包下非线性网络化系统的鲁棒故障检测方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及故障检测【技术领域】，尤其涉及一种随机丢包下非线性网络化系统的鲁 棒故障检测方法。
【背景技术】：
[0002] 故障检测技术是现代控制理论中一个重要的研究方向，对于保证系统安全运行具 有重要意义。现有的故障检测理论绝大多数是针对传统的系统建立起来的，系统各部件之 间的数据传递是无信号时滞或丢失的理想过程。而网络化系统的出现给传统的故障检测理 论带来了新的挑战其中一个重要问题即为网络的引入所带来的数据的丢失。引起数据丢失 的原因主要有三种：1)由于多数据包共享带宽有限的通信信道，不同数据包在传输过程中 出现冲突并造成数据包的丢失；2)如果某一时刻采样获得的数据包在其后采样的数据之 后到达接收器，这种数据包也会被丢弃；3)数据传输中大于某特定长度的时滞也可视为数 据丢失。
[0003] 对数据丢失现象的描述主要集中在随机框架下，概括起来主要有以下几种方式： 1)在观测方程中引入一个Bernoulli分布的随机序列；2)利用Markov跳变系统的不同模 态描述数据的丢失与否；3)在观测方程中引入不完整矩阵。目前，考虑数据丢失的网络化 系统的故障检测问题成果较少。
【发明内容】
：
[0004] 本发明主要涉及带有随机数据包丢失的一类离散时间网络化系统的鲁棒故障检 测问题。公开了一种随机丢包下非线性网络化系统的鲁棒故障检测方法，包括以下步骤：
[0005] (1)分析带有未知扰动和非线性项的时变系统，系统参数时变且满足范数有界条 件，非线性项满足扇形域有界条件，未知输入为统计特性未知的任意能量有界信号。
[0006] (2)设计一个鲁棒故障检测滤波器使得对任意允许的时变参数、外界扰动及所有 可能的数据丢失，故障检测滤波器输出即残差与故障信号的差在Hm意义下尽量小。
[0007] (3)利用Lyapunov函数方法证明故障检测总体系统的渐近均方稳定且满足相应 的Hm扰动抑制要求，用LMI形式给出了满足要求的鲁棒故障检测滤波器存在的一个充分条 件及该故障检测滤波器参数的设计方法。
[0008] 作为优选，分析带有未知扰动和非线性项的时变系统中，对于给定的标量Y > 0 及已知的滤波器参数G，K，L，如果存在标量δ及对称正定矩阵P = Ρτ > 〇和Q = QT > 〇 满足：
[0009]
【权利要求】
1. 一种随机丢包下非线性网络化系统的鲁棒故障检测方法，其特征在于：所述故障检 测方法包括以下步骤： (1) 分析带有未知扰动和非线性项的时变系统，系统参数时变且满足范数有界条件，非 线性项满足扇形域有界条件，未知输入为统计特性未知的任意能量有界信号； (2) 设计一个鲁棒故障检测滤波器使得对任意允许的时变参数、外界扰动及所有可能 的数据丢失，故障检测滤波器输出即残差与故障信号的差在Hm意义下尽量小； (3) 利用Lyapunov函数方法证明故障检测总体系统的渐近均方稳定且满足相应的Hm 扰动抑制要求，用LMI形式给出了满足要求的鲁棒故障检测滤波器存在的一个充分条件及 该故障检测滤波器参数的设计方法。
2. 根据权利要求1所述一种随机丢包下非线性网络化系统的鲁棒故障检测方法，其特 征在于：所述分析带有未知扰动和非线性项的时变系统中，对于给定的标量Y >0及已知 的滤波器参数G，K，L，如果存在标量δ及对称正定矩阵P = Ρτ > 〇和Q = QT > 〇满足：
其中，
则系统满足零输入条件下，系统
为渐近均方稳定；零初值条件下，对任意非零输入vk，
的输出&满足E{| |r| |2} < Y2| |v| |2其中γ >0为一预先指定的Hm扰动抑制水平。
3. 根据权利要求1所述一种随机丢包下非线性网络化系统的鲁棒故障检测方法，其特 征在于：所述鲁棒故障检测滤波器使得系统
渐近均方稳定且满足Hm扰动抑制条件E {| | r | |2} < γ 21 | v | |2的一个充分条件是存在 实矩阵R = RT > 〇, S = ST > 0, Q = QT > 0, Up U2, U3及实数标量δ，ε > 〇使得如下LMI 成立
其中，Ψi = Ψi,2 = 9 Q_ δ T「S， = ATR +/3CTU【+U【，ψ2,2 = Θ Q-δ T「R，
;如果成立，则满足要求的鲁棒故障检测滤波器参数可 由下式得到，
这里χ12与Y12由/-ΛΤ1 =岑2拉<0确定。
4. 根据权利要求1所述一种随机丢包下非线性网络化系统的鲁棒故障检测方法，其特 征在于：所述证明方法采用如下形式的残差评价数J k及阈值Jth进行故障有无的判别
基于该形式的残差评价函数及阈值，可由以下关系判别故障是否发生
【文档编号】G05B23/02GK104090569SQ201410341294
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】张琳, 汪文峰, 余江明, 张佳丽, 王君, 孙安全, 刘涛, 牛天林, 杨新宇 申请人:张琳