[发明专利]一种面向通信时滞的多智能体分布式合作故障检测方法

权利要求书

1.一种面向通信时滞的多智能体系统分布式合作故障检测方法，针对多智能体系统进行分布式合作的故障检测，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、建立所述多智能体系统的节点动力学模型以及通信时滞模型；

所述多智能体系统中有N个连通的节点，针对所述多智能体系统的信息交互网络图为其中为所述信息交互网络图中的顶点的集合，同时也表示所述多智能体系统中的节点的集合；为所述信息交互网络图中的边的集合；若节点i能够将自身信息传输给节点j，则称节点i为节点j的邻接节点，即(i,j)∈ε_N；记为节点i的邻接节点集，为的其基数；此外，信息交互网络图为无向图，即

则所述建立所述多智能体系统的节点动力学模型、以及通信时滞模型，具体为：

步骤101、建立所述多智能体系统的描述系统故障的节点动力学连续模型为：

y_i(t)＝C_px_i(t)+D_dpd_i(t)+D_fpf_i(t)

其中i为节点i，i＝{1,2,…,N}，x_i(t)表示节点i在t时刻的状态，u_i(t)表示节点i在t时刻的控制输入量；y_i(t)表示节点i在t时刻的测量输出向量；矩阵A_p、B_p、C_p、B_dp、B_fp、D_dp和D_fp为已知维度的常值矩阵；d_i(t)表示节点i在t时刻的有界外部扰动，d_i(t)为未知信号，满足||d_i||₂≤Δd，Δd为d_i(t)的边界范围值；f_i(t)表示节点i在t时刻的故障信号，即如果f_i(t)≠0则节点i在t时刻发生故障；

步骤102、设定采样周期为T，且采用零阶保持器，则对上述节点动力学连续模型进行离散化后得到如下离散模型，即为所述节点动力学模型：

x_i(k+1)＝Ax_i(k)+Bu_i(k)+B_dd_i(k)+B_ff_i(k)

y_i(k)＝Cx_i(k)+D_dd_i(k)+D_ff_i(k)

其中k为采样点；x_i(k)表示节点i在采样点k处的状态，u_i(k)表示节点i在采样点k处的控制输入量；y_i(k)表示节点i在采样点k处的测量输出向量；A、B、B_d、B_f、C、D_d、D_f分别用于指代矩阵A_p、B_p、C_p、B_dp、B_fp、D_dp和D_fp；其中C＝C_p，D_d＝D_dp，D_f＝D_fp；

步骤103、设定采样点k处节点i和节点j之间的通信时滞为τ_ij(k)，以表示节点j在k时刻通过传感器检测到的节点i的输出量，其中考虑到通信时滞，可以表示为：

而y_i(k)与之间的差值为：

其中即为通信时滞模型，表示节点i和j之间的通信时滞的影响；

步骤二：建立参考模型，所述参考模型为网络通信中不存在通信时滞情况下具有最佳性能的残差生成器模型；

所述参考模型为：

其中表示采样点k处节点j对节点i的状态估计；表示采样点k处节点j对节点i的输出估计；表示采样点k处节点j对节点i的残差信号；

L_ref和V_ref为残差系数，二者为优化问题

的解

解得

V_ref＝V₀；

其中V₀为列满秩矩阵H的左逆，而H满足

(X,L₀)为离散代数黎卡提Riccati系统的稳定解：

令结合所述节点动力学模型和所述参考模型得到：

步骤三：通过与所述参考模型进行模型匹配，结合最佳匹配的指标以及离散系统有界实引理，设计针对所述多智能体系统的残差生成器；

具体为：

步骤301、建立针对所述多智能体系统的基于观测器的残差生成器为：

其中表示所述基于观测器的残差生成器中节点j对节点i在采样点k处的状态估计；表示所述基于观测器的残差生成器中节点j对节点i在采样点k处的输出估计；r_i^j(k)表示所述基于观测器的残差生成器中节点j对节点i在采样点k处的残差信号；

矩阵L为观测器的增益矩阵，V表示残差权值矩阵；矩阵L和V为两个待设计的矩阵，设计的原则是使最终得到的所述多智能体系统的残差生成器与所述参考模型实现最佳匹配

步骤302、令结合式所述节点动力学模型、所述通信时滞模型和所述基于观测器的残差生成器求得：

则结合

以及

得到：

r_e(k)即为所述多智能体系统的残差生成器；

步骤四：针对所述多智能体系统中的被检测节点，提取所述被检测节点的所有邻居节点建立合作故障检测子网络，利用所述合作故障检测子网络中的节点的信息交互，使邻居节点合作完成检测，结合所述多智能体系统的残差生成器，得到针对所述被检测节点的残差信号结果；

步骤五：针对所述残差信号结果与预设的阈值函数进行比较，以比较结果作为判断所述被检测节点的故障检测结果。