[发明专利]基于饱和约束和动态事件触发机制的网络控制系统故障检测方法

说明书

本发明公开了一种网络丢包情况下具有饱和约束和动态事件触发机制的网络控制系统故障检测方法，包括建立传感器饱和的网络化系统模型，通过设计动态事件触发通信机制，构建故障检测滤波器和加权故障模型，进而建立故障检测模型，并在考虑数据丢包的前提下，采用伯努利分布的白噪声序列构建数据丢包模型，此外依据李雅普诺夫函数，建立确保故障检测模型系统稳定性和检测性能的判定条件。与此同时，在此过程中，动态事件触发机制的应用能更加有效地提高网络资源利用率，节省网络通信资源。本发明对具有系统故障和传感器饱和的网络化控制系统设计故障检测滤波器，结合加权故障最小状态空间建模，从而提高了系统的故障检测性能。

技术领域

本发明涉及网络控制系统故障检测技术领域，具体地讲，是涉及一种网络丢包情况下具有饱和约束和动态事件触发机制的网络控制系统故障检测方法。

背景技术

近年来，随着网络技术的快速发展，网络化控制系统得到了越来越多学者的关注。同时，网络控制系统由于其安装维护低成本，安全性、可靠性高，通信结构灵活等优点，在复杂工业控制系统中获得了广泛关注。网络控制系统中，传感器、执行器和控制器通过一个共享的通讯网络相互联系。随着网络控制系统对于安全、稳定、高性能的要求不断提高，针对网络控制系统的故障检测问题成为了一个重要的研究领域。

由于通信网络的引入和网络控制系统本身的特性，不可避免的为网络控制系统带来了新的问题和挑战，比如通信延时，数据丢包，数据错序，带宽有限等问题。目前大部分的网络控制系统的研究成果是针对于系统的时滞、丢包、乱序等问题而提出的控制器、滤波器的设计方法，然而针对时滞、数据丢包和传感器饱和的网络控制系统的故障诊断问题的研究还是相对较少。而且，这些问题的存在不仅会降低控制系统的性能，甚至给控制系统带来不稳定性。因此，研究传感器饱和的网络化系统的故障检测问题具有非常重要的理论研究价值和实际应用前景。

对于传感器饱和的网络化系统的故障检测问题，大多数采用事件触发的方法。但在很多实际情况下，受限的网络资源传输的数据数量也是有限的。因此，需要设计一种方法在不影响数据有效性的前提下，使网络通道中传输的数据数量尽可能的降低。相较于常见的静态事件触发机制，如申请号为201810652991.X的中国专利文献记载了一种基于事件触发机制的非线性网络控制系统故障检测方法，其主要针对的问题为系统非线性以及静态事件触发机制并构建故障检测模型，相对缺乏对多个系统因素影响的考虑，不太贴合实际工程应用，而动态事件触发机制的优势在于它可以具体依据实际情况调整阈值参数，在节约有限网络通信资源方面，可更有效地缓解通信压力。

在传感器饱和约束方面，如申请号为201810205440.9的中国专利文献记载了一种传感器饱和约束下网络化系统的随机故障检测方法，但其只考虑了传感器饱和约束下的故障检测问题，并没有考虑实际工业网络中经常出现的通信资源受限及数据丢包问题。

因此现有技术存在问题有：针对通讯网络中的传输方式多采用的是等时间间隔触发的传统周期触发机制，在实际网络带宽有限的情况下不可避免的产生网络拥堵。且当闭环网络系统产生数据包丢包时闭环网络系统的性能会变差，严重时甚至会出现失控等现象。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种网络丢包情况下具有饱和约束和动态事件触发机制的网络控制系统故障检测方法，以解决实际工业网络受限情况下的故障检测问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种网络丢包情况下具有饱和约束和动态事件触发机制的网络控制系统故障检测方法，包括以下步骤：

S100、建立存在外界扰动、系统故障和传感器饱和的网络化系统的数学模型；

S200、设计故障检测滤波器，建立网络丢包情况下基于动态事件触发的信息传输机制，并结合动态事件触发的信息传输机制，构建故障检测滤波器和加权故障模型，建立故障检测模型；

S300、建立故障检测模型随机稳定性的判别条件；