專利名稱：一種非線性動態(tài)網(wǎng)絡同步中的魯棒故障檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于控制系統(tǒng)魯棒故障檢測，具體涉及一種由相同Lur’ e系統(tǒng)構(gòu)成的非線性動態(tài)網(wǎng)絡同步中的魯棒故障檢測方法。
背景技術(shù)：
在日常生活中，許多物理系統(tǒng)都可以表示為不同的網(wǎng)絡模型，其節(jié)點是網(wǎng)絡的元素，邊即為節(jié)點之間的相互作用[1]。作為典型的大型系統(tǒng)，復雜動態(tài)網(wǎng)絡在近些年吸引了越來越多的關(guān)注[2，3]。復雜動態(tài)網(wǎng)絡中一個有趣且重要的現(xiàn)象就是所有動態(tài)節(jié)點的同步現(xiàn)象，它是自然界中一類典型的集合現(xiàn)象和基本運動W]_[9]。在這其中，有一類由非線性 Lur’ e系統(tǒng)構(gòu)成的特殊網(wǎng)絡的同步問題，且文獻[10]-[12]研究了其全局同步條件。最主要的原因在于，在理論和工程應用的眾多領(lǐng)域，一大類非線性系統(tǒng)都可以表示為Lur’ e形式，包括Chua’ s電路[13]，Goodwin模型[14]和swarm模型[15]。處理這類問題的首要方法是在絕對穩(wěn)定性理論框架下形成的。為了改進同步的可靠性和可依賴性，人們提出了增強同步機制質(zhì)量和可靠性的方法。一方面，由于外部噪聲或干擾帶來的不穩(wěn)定性和不良性能，在復雜動態(tài)網(wǎng)絡的同步過程中考慮到噪聲現(xiàn)象是有必要的[17，18]。另一方面，在過去的十年里，故障診斷研究得到了世界范圍的重視[19]_[23]。一個和故障檢測相關(guān)的重要因素是其魯棒性。為了檢驗魯棒故障檢測(RFD)問題(參見[22]，[23]及其中的文獻)，人們關(guān)于線性系統(tǒng)做了大量相關(guān)工作。以主從形式耦合的非線性Lur’ e系統(tǒng)魯棒故障同步問題[M]，類似的，在復雜動態(tài)網(wǎng)絡中，由于每個節(jié)點動態(tài)方程都會不可避免的受到故障影響，無法保證一個永久無故障的同步過程。即便如此，仍鮮有關(guān)于大型非線性系統(tǒng)RFD問題的研究，且“故障”這個概念幾乎沒有被引入到非線性動態(tài)網(wǎng)絡同步的物理領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種用以保障網(wǎng)絡的全局魯棒 HVH00同步的由相同Lur’ e系統(tǒng)構(gòu)成的非線性動態(tài)網(wǎng)絡同步中的魯棒故障檢測方法。本發(fā)明將關(guān)注一類由相同Lur’ e系統(tǒng)構(gòu)成的非線性動態(tài)網(wǎng)絡同步中的魯棒故障檢測問題，并構(gòu)建線性矩陣不等式(LMIs)形式的充分性條件，用以保障網(wǎng)絡的全局魯棒H_/ H00同步。在這種同步機制下，誤差動態(tài)系統(tǒng)是全局漸進穩(wěn)定的，外界擾動效果得到抑制，與此同時，網(wǎng)絡對于可能的故障具有基于混合HVH00性能的敏感度。此外，故障敏感度H_指標可以通過一個凸優(yōu)化算法進行優(yōu)化。所得分析結(jié)果的有效性和實用性通過一個由Chua’ s 電路構(gòu)成的網(wǎng)絡來進行驗證，仿真結(jié)果表明同步的質(zhì)量和魯棒性得到了增強?；谏鲜隹紤]，本發(fā)明考慮一類動態(tài)網(wǎng)絡中的故障檢測和干擾抑制問題。網(wǎng)絡模型中的每個節(jié)點是由受擾動的Lur’ e系統(tǒng)構(gòu)成的，且受到故障影響。在同步機制的評估過程中，最主要的問題是要將故障和其他擾動區(qū)分開，為此引入了 HVH00范式[25]。為了便
6于描述，同步過程中的魯棒性目標是以H00范數(shù)來進行考慮的，而故障敏感度特性是由!1_指標進行度量的。這樣，閉環(huán)誤差系統(tǒng)是全局漸進穩(wěn)定的，從擾動輸入到控制輸出的H00范數(shù)被降低到一個指定水平，于此同時，具有最大化的札性能指標。通過將動態(tài)網(wǎng)絡的同步問題轉(zhuǎn)化成為相應誤差系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定性問題并應用控制理論中的Lur’ e系統(tǒng)方法，非線性 Lur' e網(wǎng)絡全局魯棒凡/！^同步的充分性條件由線性矩陣不等式(LMI)的形式給出[26]。 此外，所得到的高維LMI條件可以被簡化為三組低維的LMI，便于處理和驗證。需要指出的是，同步判據(jù)推導的過程中沒有用到線性化的方法，有較小的保守性。本發(fā)明使用的符號相當標準。是nXn階實矩陣的集合。At表示矩陣A的轉(zhuǎn)置。 He表示Hermit操作HeA = Α+Ατ。如果A是對稱負定矩陣，那么表示為A < 0。diag( ·) 表示對角陣或準對角陣。Α<Ξ)B表示ηXm階矩陣A和pXq階矩陣B的Kronecker積，即
權(quán)利要求
1.一種由相同Lur’e系統(tǒng)構(gòu)成的非線性動態(tài)網(wǎng)絡同步中的魯棒故障檢測方法，其特征在于，該方法包括如下步驟建立服從輸入噪聲和故障的非線性Lur’ e系統(tǒng)的基本模型； 以基本模型為節(jié)點來構(gòu)建動態(tài)網(wǎng)絡模型； 確定動態(tài)網(wǎng)絡的全局魯棒同步性； 進行全局魯棒同步性的故障檢測。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，建立Lur’e系統(tǒng)的基本模型包括如下步驟建立服從輸入噪聲和故障的非線性Lur’ e系統(tǒng)的基本模型如下式表示
3.如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，構(gòu)建動態(tài)網(wǎng)絡模型包括如下步驟每個節(jié)點均為式(1)的Lur’e系統(tǒng)的基本模型，所述動態(tài)網(wǎng)絡模型由各節(jié)點組成，具體表示如下
4.如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，所述確定動態(tài)網(wǎng)絡的全局魯棒同步性包括如下步驟假設非線性Lur’ e動態(tài)網(wǎng)絡中不存在故障，則式(3)的網(wǎng)絡模型為
5.如權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，進行全局魯棒同步性的故障檢測包括如下步驟假設Y >0，β >0是預先給定的定常標量，對于給定的常數(shù)α，存在正定矩陣P = Pt >0，對角矩陣八丄肚叫⑶……，5lm) > Ο,Π ！ = diag(ji1,…，ji J >0，Q1 = diag — i，…，com) >0和矩陣這總使得式(17)的LMI以及下式
全文摘要
本發(fā)明提出一種非線性動態(tài)網(wǎng)絡同步中的魯棒故障檢測方法，其包括建立服從輸入噪聲和故障的非線性Lur’e系統(tǒng)的基本模型；以基本模型為節(jié)點來構(gòu)建動態(tài)網(wǎng)絡模型；確定動態(tài)網(wǎng)絡的全局魯棒同步性；及進行全局魯棒同步性的故障檢測。為改善同步的可靠性和魯棒性，我們將全局魯棒H-/H∞同步方法引入一類存在可能故障和外部干擾的非線性動態(tài)網(wǎng)絡中。同步的標準由LMI技術(shù)發(fā)展成熟，使得網(wǎng)絡的每個節(jié)點系統(tǒng)魯棒同步化，且根據(jù)H-/H∞性能對故障靈敏。由于外部干擾和系統(tǒng)故障分別被考慮，這里提出的同步方法可能比之前文獻中的更實用。此外，故障靈敏度H-指標可以通過凸優(yōu)化算法進行優(yōu)化。此外，本發(fā)明的檢測方法也可以應用于隨機復雜網(wǎng)絡中。
文檔編號G05B13/04GK102566422SQ20111040425
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者周子冠, 孫華東, 安之, 張杏珍, 徐式蘊, 湯涌 申請人:中國電力科學研究院