一種非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明一種非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷方法，包括如下步驟：針對具有狀態(tài)時滯和模型的不確定性特點的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀，設(shè)定該非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀的離散模型；基于故障觀測器的方法，得到針對具有數(shù)據(jù)丟包的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的魯棒故障檢測濾波器；設(shè)置增廣向量，生成殘差動態(tài)系統(tǒng)，利用Lyapunov穩(wěn)定性理論給出殘差動態(tài)系統(tǒng)均方穩(wěn)定的條件；求出魯棒故障檢測濾波器的增益矩陣L和殘差權(quán)重矩陣R，判斷非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是否發(fā)生了故障。本發(fā)明通過設(shè)置魯棒故障檢測濾波器，不僅大大提高了對非線性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的故障敏感度，而且對外部擾動及數(shù)據(jù)丟包具有更強的魯棒性，能很好的完成對模型不確定非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的相關(guān)故障診斷工作。
【專利說明】一種非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計算機網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，特別涉及一種非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Network Control System)是指控制系統(tǒng)的傳感器到控制器和控制器到執(zhí)行器之間通過網(wǎng)絡(luò)連接。相較于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)模式，這種網(wǎng)絡(luò)化控制模式具有信息資源能夠共享、高效率、高可靠性等優(yōu)點，是未來控制系統(tǒng)的發(fā)展模式。由于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膹?fù)雜性，在實際工程應(yīng)用中，對NCS的安全性、可靠性的要求比一般系統(tǒng)要高。因此，對NCS的故障診斷方法的研究顯得更加迫切。
[0003]現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究還主要集中在對系統(tǒng)數(shù)學模型的建立、網(wǎng)絡(luò)傳輸性能分析以及穩(wěn)定性分析等方面。相對來說對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)生故障診斷時的研究則很少。對非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷研究尤其很少涉及，更不用說是對具有數(shù)據(jù)丟包的模型不確定非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)來說了。原因在于非線性控制系統(tǒng)本身及其復(fù)雜，研究起來會相當困難，再加上有網(wǎng)絡(luò)的加入，使非線性的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析起來更有難度。但值得一提的是，非線性的控制系統(tǒng)在現(xiàn)實生活中是普遍存在的，說的更確切的是，我們?nèi)粘＝佑|到的控制系統(tǒng)都是非線性的，只是為了控制的方便，學者們將非線性的被控對象等價為相應(yīng)的線性系統(tǒng)，便于對其進行分析和控制。換句話就是說，線性只是非線性在特定條件下的特殊表現(xiàn)形式。非線性的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在當今的社會應(yīng)用非常廣泛，如中國日益騰飛的航空航天事業(yè)、軍工系統(tǒng)、機器人研發(fā)和蒸蒸日上的汽車產(chǎn)業(yè)等等。所以對非線性的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷的研究非常重要，如果這些系統(tǒng)發(fā)生故障又沒有及時被發(fā)現(xiàn)和排除，后果則不堪設(shè)想。
[0004]如附圖1所示的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的被控對象為非線性的，且是模型不確定和具有狀態(tài)時滯的，系統(tǒng)在傳感器和控制器之間可能存在數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象?，F(xiàn)有的對非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障診斷方法還僅僅集中在用T-S模糊模型來逼近被控對象，設(shè)計模糊觀測器，并給出系統(tǒng)誤差穩(wěn)定性的條件。如艾強玉利用描述非線性系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系的‘if-then’模糊規(guī)則將原非線性模型在工作點處進行局部線性化，再將這些線性模型進行加權(quán)組合來擬合原非線性模型。在模糊模型的基礎(chǔ)上，按照線性系統(tǒng)的方法，建立起模糊觀測器對非線性的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進行故障診斷?，F(xiàn)有的對非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障診斷方法對故障敏感度和對數(shù)據(jù)丟包的魯棒性都不強，不能很好地完成對模型不確定的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的相關(guān)故障診斷工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷方法。該方法能夠大大提高對非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障的診斷敏感度和數(shù)據(jù)丟包的魯棒性，能夠很好地完成對模型不確定的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的相關(guān)故障診斷工作。[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明是一種非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷方法，其特點是，包括如下步驟:
步驟一:設(shè)定非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的離散模型，該離散模型能夠體現(xiàn)非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的狀態(tài)時滯和離散模型自身的不確定性特點；
步驟二:針對步驟一中的離散模型，得到用于檢測具有數(shù)據(jù)丟包的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的魯棒故障檢測濾波器；
步驟三:根據(jù)步驟一中的離散模型，設(shè)置增廣向量，結(jié)合增廣向量和離散模型得到殘差動態(tài)系統(tǒng)，利用Lyapunov穩(wěn)定性理論生成殘差動態(tài)系統(tǒng)；
步驟四:根據(jù)殘差動態(tài)系統(tǒng)均方穩(wěn)定的條件，得到魯棒故障檢測濾波器的增益矩陣L和殘差權(quán)重矩陣R ；
步驟五:根據(jù)所得的增益矩陣L和殘差權(quán)重矩陣R的結(jié)果，得到系統(tǒng)的殘差曲線圖，通過系統(tǒng)的殘差曲線圖判斷非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是否發(fā)生了故障；
其中，步驟一中所述的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)離散模型如下:
【權(quán)利要求】
1.一種非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷方法，其技術(shù)特征在于，包括如下步驟: 步驟一:建立非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的離散模型，該離散模型能夠體現(xiàn)非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的狀態(tài)時滯和離散模型自身的不確定性特點； 步驟二:針對步驟一中的離散模型，建立用于檢測具有數(shù)據(jù)丟包的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的魯棒故障檢測濾波器； 步驟三:根據(jù)步驟一中的離散模型，設(shè)置增廣向量，結(jié)合增廣向量和離散模型得到殘差動態(tài)系統(tǒng)，利用Lyapunov穩(wěn)定性理論生成殘差動態(tài)系統(tǒng)； 步驟四:根據(jù)殘差動態(tài)系統(tǒng)均方穩(wěn)定的條件，得到魯棒故障檢測濾波器的增益矩陣L和殘差權(quán)重矩陣R ； 步驟五:根據(jù)所得的增益矩陣L和殘差權(quán)重矩陣R的結(jié)果，得到系統(tǒng)的殘差曲線圖，通過系統(tǒng)的殘差曲線圖判斷非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是否發(fā)生了故障； 其中，步驟一中所述的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)離散模型如下:
2.一種非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷方法，其技術(shù)特征在于，所述的步驟二中的魯棒故障檢測濾波器的建立方法為:結(jié)合步驟一中所述的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)離散模型，假設(shè)一個具體的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的相關(guān)系數(shù)矩陣如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷方法，其特征在于:所述的步驟三包括如下步驟: 1)設(shè)置增廣向量
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障診斷方法，其技術(shù)特征在于:所述的步驟四中利用MATLAB的LMI工具箱結(jié)合均方穩(wěn)定條件，得到所述的魯棒故障檢測濾波器的增益矩陣L和殘差權(quán)重矩陣R。
【文檔編號】G05B23/02GK103941725SQ201410166169
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】徐啟華, 孟嬌, 韓磊, 劉瑞明, 肖曉, 張敏 申請人:淮海工學院