[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

说明书

本发明涉及一种基于能量平衡的传感器配置冗余度确定方法及系统，其特征在于，包括以下内容：1)构建网络化系统的能量网络模型；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；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，本发明可以广泛应用于网络化系统测量技术领域中。

技术领域

本发明是关于一种基于能量平衡的传感器配置冗余度确定方法及系统，属于网络化系统测量技术领域。

背景技术

如何用较少的传感器获得被测对象的状态，一直是传感器测量领域中一个重要而基础的问题。网络化系统之间的关联关系使得传感器之间存在一定的冗余信息，利用 这些冗余信息可以对传感器获取的测量数据进行校正或对未知测量量进行估计，传感 器之间的冗余信息是衡量不同传感器配置方案的重要指标之一。因此，量化不同传感 器配置方案的信息冗余度就显得尤为重要。

现有技术中的部分方法是从被测系统结构的描述方式出发，通过分析传感器对于可诊断性的贡献，选取最小的传感器集合。然而，这些方法在评价传感器的贡献时缺 乏对冗余信息的定量描述。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够定量描述冗余信息的基于能量平衡的传感器配置冗余度确定方法及系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：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：1)构建网络化系统的能量网络模型；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；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。

进一步地，所述网络化系统为具备能量传输、变换的网络系统。

进一步地，所述步骤1)的具体过程为：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。

进一步地，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。

进一步地，所述步骤2)的具体过程为：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；

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。

进一步地，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