[发明专利]一种基于能量平衡的传感器配置冗余度确定方法及系统

权利要求书

1.一种基于能量平衡的传感器配置冗余度确定方法，其特征在于，包括以下内容：

步骤1)：构建网络化系统的能量网络模型，具体过程为，所述网络化系统为具备能量传输、变换的网络系统：

将网络化系统中传输能量的管道抽象为能量网络模型的边，将网络化系统中对能量进行处理变换的设备抽象为能量网络模型的节点，构成网络化系统的能量网络模型；

步骤2)：根据能量网络模型中节点的输入输出能量平衡和网络化系统中传感器的配置方式，建立能量网络模型的量测方程，具体过程为：

步骤2.1)：建立能量网络模型的节点关联边割矩阵Q：

其中，b为能量网络模型的边数；g为能量网络模型的普通节点数，且g＝n-k，n为能量网络模型的节点数，k为节点中源节点和汇节点的总数；

步骤2.2)：根据网络化系统中传感器的配置方式，交换节点关联边割矩阵Q中列的顺序，并对测量值向量x进行相应调整，使得节点关联边割矩阵Q的后m列对应的边配置传感器，节点关联边割矩阵Q的前b-m列对应的边不配置传感器，得到能量网络模型的量测方程：

Cx＝-Du

其中，均为量测方程系数矩阵，u＝[u₁，u₂，…，u_m]^T为传感器测量值向量，u_m为能量网络模型第m条边配置的传感器的测量值向量；x＝[x₁，x₂，…，x_(b-m)]^T为未知数向量，x_(b-m)为能量网络模型第b-m条边传输的能量值；

步骤3)：根据能量网络模型的量测方程中量测方程系数矩阵的非零行数量和秩，确定网络化系统在该传感器配置方式下的测量冗余度。

2.如权利要求1所述的一种基于能量平衡的传感器配置冗余度确定方法，其特征在于，所述对能量进行处理变换的设备包括泵、风机、电加热器和断路器。

3.如权利要求1所述的一种基于能量平衡的传感器配置冗余度确定方法，其特征在于，所述步骤2.2)的具体过程为：

当g＞b-m时，m为传感器的数量，根据最小二乘法，能量网络模型的量测方程变换为：

C^TCx＝-C^TDu

当量测方程系数矩阵C的秩rank(C)＝b-m时，能量网络模型的量测方程在最小二乘下有唯一解：

x＝-(C^TC)^-1C^TDu

当量测方程系数矩阵C的秩rank(C)＜b-m时，能量网络模型的量测方程在最小二乘下的解为：

x＝-(C^TC)^*C^TDu

其中，(C^TC)^*为示矩阵(C^TC)的广义逆矩阵。

4.如权利要求1所述的一种基于能量平衡的传感器配置冗余度确定方法，其特征在于，所述步骤3)的具体过程为：

步骤3.1)：计算能量网络模型的量测方程中量测方程系数矩阵C的秩rank(C)；

步骤3.2)：将量测方程系数矩阵C的非零行数量减去量测方程系数矩阵C的秩rank(C)，确定网络化系统在该传感器配置方式下的测量冗余度。