[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

说明书

本发明公开了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，能够降低通信时滞的影响，提高故障检测的可靠度。包括如下步骤：建立多智能体系统的节点动力学模型以及通信时滞模型；建立参考模型；通过与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，设计针对多智能体系统的残差生成器；针对多智能体系统中的被检测节点，提取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，结合多智能体系统的残差生成器，得到针对被检测节点的残差信号结果；针对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被检测节点的故障检测结果。

技术领域

本发明涉及多智能体控制技术领域，具体涉及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。

背景技术

近年来，随着多智能体系统在卫星编队飞行、地面无人车辆、智能移动机器人、电网系统和传感器网络等众多领域的广泛应用，关于多智能体系统的研究也得到了广泛的关注。在多智能体系统中，一旦某些智能体发生故障，将会随着节点间的信息交互影响整个网络系统，所以多智能体系统的故障检测是目前热门研究的课题。随着多智能体系统的规模的不断扩大，传统的集中式故障检测方案，受到中央节点运算速度及感知范围的限制，已经越来越难以满足实际问题的需求。而分布式的故障检测方案，因其对单个智能体自身的要求较低，且具有良好的可扩展性而逐渐成为研究的主流。在实际工程中，节点之间的网络通信不可避免的存在时滞，这将会影响节点的故障检测结果。

针对面向时滞的故障检测，现有的解决方案主要有以下几种：

现有技术方案1：文献(Zhong M,Liu Y,Ma C.Observer-Based Fault Detectionfor Networked Control Systems with Random Time-delays[C]InternationalConference on Innovative Computing,Information and Control.IEEE ComputerSociety,2006:528-531.)将一个采样周期划分成N份，通信时滞在其中任意一份取值的概率相等，借助传统的随机系统建模方法来描述时滞的影响，将残差生成器的设计问题转化为一个H_∞优化问题，并根据离散时间黎卡提(Riccati)方程求出最优解。这个方案的不足之处在于假设时滞长短在一个采样周期内是等概率的，这在现实情况中是一个很强的假设，实际工程中系统通信的时滞的长短受到通信硬件等等各方面的影响，用等概率去刻画模型可能会使得故障检测的可靠度降低，另外此方案只能解决时滞小于一个采样周期的故障检测问题。

现有技术方案2：文献(YE H,DING S X.Fault detection of networked controlsystems with network-induced delay[C]Proceedings of the 8th InternationalConference on Control,Automation,Robotics and Vision.China:IEEE,2004:294–297.)和(WANG Y Q,YE H,CHENG Y,et al.Fault detection of NCS based onEigendecomposition and Pade Approximation[C]Proceedings of IFAC Safeprocess.Beijing,China:IFAC,2006:937–941.)提出基于结构矩阵的方法，用泰勒展开或是帕德(Pade)逼近的方法去逼近系统方程中带有时滞的项，然后利用等价空间方法实现对所得结构矩阵的解耦，在此基础上构造残差生成器从而进行故障检测。与第一种方案不同，该方案中通信时滞是未知且时变的。这一方案其形式直观且易于实现，且帕德(Pade)逼近的方法相较于泰勒展开逼近更为准确，针对时滞比较小的情况，帕德(Pade)逼近能够很好的逼近于真实项，但是当时滞较大时，其逼近误差也会变大，这可能导致故障检测的可靠度降低；此外该方法需要实时在线计算残差生成器的参数,因此计算量较大。