一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法，其為一種隨機(jī)發(fā)生的非線性和傳感器發(fā)生隨機(jī)增益變化的故障估計(jì)方法，涉及隨機(jī)發(fā)生增益變化和隨機(jī)發(fā)生非線性的時(shí)變系統(tǒng)非脆弱分布式故障估計(jì)器的設(shè)計(jì)。本發(fā)明首次把非脆弱分布式故障估計(jì)問(wèn)題引入傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的非線性時(shí)變系統(tǒng)中。利用L2增益理論和隨機(jī)分析技術(shù)獲得充分條件，保證了所需分布式故障估計(jì)器的存在，與現(xiàn)有的線性故障估計(jì)方法相比，本發(fā)明的故障估計(jì)方法可以同時(shí)處理隨機(jī)發(fā)生的不確定性和隨機(jī)發(fā)生的非線性現(xiàn)象，達(dá)到抗非線性擾動(dòng)的目的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于故障診斷與主動(dòng)容錯(cuò)控制領(lǐng)域，設(shè)及一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性 分布式故障估計(jì)方法，其為一種隨機(jī)發(fā)生的非線性和傳感器發(fā)生隨機(jī)增益變化的故障估計(jì) 方法，本發(fā)明適用于非線性復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的故障估計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的飛速發(fā)展，控制系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度日益提高，系統(tǒng) 中的傳感器、控制器和執(zhí)行器數(shù)量大大增加。在運(yùn)種復(fù)雜的控制系統(tǒng)之中，傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專(zhuān) 線傳輸設(shè)計(jì)不能滿足其成本效益、靈活性和可維護(hù)性等方面的要求。因此，必須將通信網(wǎng)絡(luò) 引入到控制系統(tǒng)，W網(wǎng)絡(luò)為載體來(lái)連接控制系統(tǒng)中的不同部件。但通信網(wǎng)絡(luò)的引入及其他 部件的增加又增加了故障的發(fā)生，因此，故障估計(jì)是控制系統(tǒng)中一種重要的研究問(wèn)題，在飛 行器編隊(duì)、全局定位系統(tǒng)、目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)等領(lǐng)域的信號(hào)估計(jì)任務(wù)中獲得廣泛應(yīng)用。
[0003] 但是，目前現(xiàn)有的故障估計(jì)方法不能同時(shí)處理隨機(jī)發(fā)生的非線性和分布式傳感器 增益變化，進(jìn)而影響故障估計(jì)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上面所述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布 式故障估計(jì)方法，其為一種隨機(jī)發(fā)生的非線性和傳感器發(fā)生隨機(jī)增益變化的故障估計(jì)方 法。其解決了控制系統(tǒng)中現(xiàn)有故障估計(jì)方法不能同時(shí)處理隨機(jī)發(fā)生的非線性和分布式傳感 器增益變化，進(jìn)而影響故障估計(jì)性能的問(wèn)題。
[0005] 依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法包 括W下步驟：
[0006] 步驟一、使用傳感器網(wǎng)絡(luò)從控制系統(tǒng)中，提取故障數(shù)據(jù)并預(yù)處理；
[0007] 步驟二、基于預(yù)處理的數(shù)據(jù)，建立帶有隨機(jī)發(fā)生增益變化和隨機(jī)發(fā)生非線性現(xiàn)象 的時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器的動(dòng)態(tài)模型；
[000引步驟=、對(duì)具有隨機(jī)發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器 的動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行故障估計(jì)
[0009] 步驟四、根據(jù)步驟=建立的具有隨機(jī)發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分 布式故障估計(jì)器動(dòng)態(tài)模型，計(jì)算故障估計(jì)誤差：
[0010] 步驟五、根據(jù)步驟四獲得的故障估計(jì)誤差，獲得故障估計(jì)增廣系統(tǒng)；
[0011] 步驟六、利用故障估計(jì)增廣系統(tǒng)，通過(guò)構(gòu)建函數(shù)和利用已知的約束條件，分析故障 估計(jì)器是否滿足平均性能約束
[0012] 步驟屯、若步驟六滿足性能約束，計(jì)算故障估計(jì)器參數(shù)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)具有隨機(jī)發(fā)生 增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器設(shè)計(jì)。
[0013] 本發(fā)明的故障估計(jì)方法同時(shí)考慮了隨機(jī)發(fā)生增益變化和隨機(jī)發(fā)生非線性存在于 離散時(shí)變系統(tǒng)對(duì)故障估計(jì)性能的影響，利用約束條件和隨機(jī)分析技術(shù)全面考慮了隨機(jī)發(fā)生 增益變化的有效信息，與現(xiàn)有的非線性復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的故障估計(jì)方法相比，本發(fā)明的故障 估計(jì)方法可W同時(shí)處理隨機(jī)發(fā)生的非線性和隨機(jī)發(fā)生的增益變化，得到了基于線性矩陣不 等式解的故障估計(jì)方法，達(dá)到抗非線性擾動(dòng)的目的，且具有易于求解與實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明所述方法流程示意圖；
[0015] 圖2是傳感器節(jié)點(diǎn)的故障估計(jì)誤差示意圖；
[0016] 圖3是故障信號(hào)和傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)故障信號(hào)的估計(jì)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其 他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[001引符號(hào)說(shuō)明：
[0019]本文中，MT表示矩陣M的轉(zhuǎn)置。Rn表示n維歐幾里得空間，RDXm表示所有nXm階實(shí)矩 陣的集合。I和0分別表示單位矩陣、零矩陣。矩陣P〉〇表示P為實(shí)對(duì)稱(chēng)正定矩陣，E{x}和Elx y}分別代表隨機(jī)變量X的數(shù)學(xué)期望和y條件下隨機(jī)變量X的數(shù)學(xué)期望。M X M代表向量X的歐 幾里得范數(shù)。diag{Ai，A2，-'，An}表示對(duì)角塊是矩陣Ai，A2,…，An的塊對(duì)角矩陣，符號(hào)*在對(duì)稱(chēng) 塊矩陣中表示對(duì)稱(chēng)項(xiàng)的省略。如果M是一個(gè)對(duì)稱(chēng)矩陣，則Amax(M)代表M的最大特征值。符號(hào)? 表示克羅內(nèi)克爾乘積。若文中某處沒(méi)有明確指定矩陣維數(shù)，則假定其維數(shù)適合矩陣的代數(shù) 運(yùn)算。
[0020] 本發(fā)明提出的是一種在傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下具有隨機(jī)發(fā)生增益變化和隨機(jī)發(fā)生非 線性現(xiàn)象的時(shí)變系統(tǒng)非脆弱分布式故障估計(jì)方法，如圖1-3所示。圖1為本發(fā)明所述方法流 程示意圖。圖2是傳感器節(jié)點(diǎn)的故障估計(jì)誤差示意圖，圖中虛線為傳感器節(jié)點(diǎn)1的故障估計(jì) 誤差，帶星號(hào)實(shí)線為傳感器節(jié)點(diǎn)2的故障估計(jì)誤差，點(diǎn)劃線為傳感器節(jié)點(diǎn)3的故障估計(jì)誤差， 帶五角星實(shí)線為傳感器節(jié)點(diǎn)4的故障估計(jì)誤差，帶叉號(hào)實(shí)線為傳感器節(jié)點(diǎn)5的故障估計(jì)誤 差。圖3是故障信號(hào)和傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)故障信號(hào)的估計(jì)示意圖，圖中實(shí)線為故障信號(hào)，虛線為 傳感器節(jié)點(diǎn)1的故障估計(jì)，帶星號(hào)實(shí)線為傳感器節(jié)點(diǎn)2的故障估計(jì)，點(diǎn)劃線為傳感器節(jié)點(diǎn)3的 故障估計(jì)，帶五角星實(shí)線為傳感器節(jié)點(diǎn)4的故障估計(jì)，帶叉號(hào)實(shí)線為傳感器節(jié)點(diǎn)5的故障估 計(jì)。
[0021] -種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法，該方法包括W下步驟：
[0022] 步驟一、使用傳感器網(wǎng)絡(luò)從控制系統(tǒng)中，提取故障數(shù)據(jù)并預(yù)處理；
[0023] 步驟二、基于預(yù)處理的數(shù)據(jù)，建立帶有隨機(jī)發(fā)生增益變化和隨機(jī)發(fā)生非線性現(xiàn)象 的時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器的動(dòng)態(tài)模型；
[0024] 步驟=、對(duì)具有隨機(jī)發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器 的動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行故障估計(jì)
[0025] 步驟四、根據(jù)步驟=建立的具有隨機(jī)發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分 布式故障估計(jì)器動(dòng)態(tài)模型，計(jì)算故障估計(jì)誤差：
[0026] 步驟五、根據(jù)步驟四獲得的故障估計(jì)誤差，獲得故障估計(jì)增廣系統(tǒng)；
[0027] 步驟六、利用故障估計(jì)增廣系統(tǒng)，通過(guò)構(gòu)建函數(shù)和利用已知的約束條件，分析故障 估計(jì)器是否滿足平均性能約束
[0028] 步驟屯、若步驟六滿足性能約束，計(jì)算故障估計(jì)器參數(shù)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)具有隨機(jī)發(fā)生 增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器設(shè)計(jì)。
[0029] 其中，基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法中的步驟二具體為建立具 有隨機(jī)發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器的動(dòng)態(tài)模型，其狀態(tài)空 間形式為：
[0030] X 化+1)=A 化)x 化)+a 化化(X 化））+D 化)W 化)+G 化)fXk) (1)
[0031 ]故障估計(jì)器節(jié)點(diǎn)i的模型表達(dá)式為：
[0032] yi(k)=Ci化)x化)+Ei(k)v(k)+出化)fXk) i = l，2，...，n (2)
[003引式中，足G h "i表示系統(tǒng)的狀態(tài)向量，W腳€□ 是系統(tǒng)的輸入干擾，/(AieIII Z 為需要檢測(cè)的故障。乂(幻居"為故障估計(jì)器節(jié)點(diǎn)i得到的測(cè)量輸出，V化）G b[0，N)是外 部擾動(dòng)。Mk)，D化），G化），Ci化），Ei化)和出化)為已知的適當(dāng)維度的實(shí)時(shí)變矩陣。其中隨機(jī) 變量a斯€□用來(lái)描述隨機(jī)發(fā)生的非線性現(xiàn)象，服從伯努利白序列分布。kG[0，N]，[0，N] = {〇，1，…，N}是一個(gè)有限時(shí)域空間。非線性向量值函數(shù)/<:□"' 一 □"'，!!(0)=0滿足比(x)-h (y)-W(x-y)]T比(x)-h(y)-Q(x-y)]《0，W與Q為具有相應(yīng)維數(shù)的已知實(shí)數(shù)矩陣。
[0034] 基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法中的步驟=具體為對(duì)具有隨機(jī) 發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器的動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行故障估計(jì)；
[0035] 連古故陪化柴搖刑加1下.
[0036]
(3)
[0037] 式中韋是故障估計(jì)器節(jié)點(diǎn)i的狀態(tài)估計(jì)向量，au是傳感器節(jié)點(diǎn)連接權(quán)重系 數(shù)，如《')￡堪故障估計(jì)器節(jié)點(diǎn)1的輸出殘差，1(1燦），出燦)和山化)是故障估計(jì)器節(jié)點(diǎn)1所 需要求得的參數(shù)矩陣，隨機(jī)變量〇ik、〇化控制故障估計(jì)器發(fā)生增益變化的概率，數(shù)學(xué)期望為 馬、及巧，方差是靖、瑞。AKij化)和AHij化)表示故障估計(jì)器產(chǎn)生的增益變化，AKij化） = Kij化)HaFa(l〇Ea，A出j(k)=&^k)HbFb化化b，其中Ha Hb Ea和Eb均為已知維數(shù)相當(dāng)?shù)木?陣，F(xiàn)a化)與Fb化)是未知的矩陣且滿足FaT化)Fa化）《I ,FbT化)Fb化）《1，1為單位矩陣。Ni表 示傳感器節(jié)點(diǎn)的集合。
[0038] 基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法中的步驟四具體為:根據(jù)步驟= 建立的具有隨機(jī)發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器動(dòng)態(tài)模型，計(jì) 算故障估計(jì)誤差：
[0039] 殘差減去故障得到故障估計(jì)誤差方程：
[0040]
[004。 式中，巧A)為k時(shí)刻的故障估計(jì)誤差，/;從）e[l'|是故障估計(jì)器的輸出殘差， j\k)^ 為需要檢測(cè)的故障。
[0042] 基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法中的步驟五具體為:根據(jù)步驟四 獲得的故障估計(jì)誤差，獲得故障估計(jì)增廣系統(tǒng)；
[0043]
(5)
[0052] 基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法中的步驟六具體為:利用故障估 計(jì)增廣系統(tǒng)，通過(guò)構(gòu)建函數(shù)和利用已知的約束條件，分析故障估計(jì)器是否滿足平均生能 約束；
[0053] 利用公式：
[0化4]
[0055] 假定故障估計(jì)器的參數(shù)矩陣1(4化），町化)和1^?；?已知，通過(guò)構(gòu)建函數(shù)(7):
[0056] J化）=riT 化+i)p化+i)n化+i)-nT化)P 化)n化）（7)
[0057] 在向量Uk)非零的情況下，判斷參數(shù)1(1燦），出腫)和山化)是否滿足平均生能 約束;公式(6)中矩陣具體形式：
[0化引
[0化9]
[0060]
[0061]
[0062]
[0063] l2=[I 0]，Ii=[I 0]T
[0064] 丫〉0為一個(gè)給定的正標(biāo)量，Si〉0(i = l，2,…，n)為一系列正定矩陣，{P化）}o《k《N+i 是一系列正定矩陣。diag{. . .}表示對(duì)角矩陣，X為矩陣，ET為矩陣E的轉(zhuǎn)置，ETxT為矩陣eT和 矩陣XT的乘積。D "表示n維歐幾里得空間，日"XW表示nXm維實(shí)矩陣的集合。E{x}表示X的數(shù) 學(xué)期望，Elx I y}表示在y的條件下X的數(shù)學(xué)期望。@表示克羅內(nèi)克積，M X M表示X的歐幾里得 范數(shù)。
[0065] 基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法中的步驟屯具體為:若步驟六滿 足性能約束，計(jì)算故障估計(jì)器參數(shù)矩陣1^化化^化化1^1〇。，^￡6，實(shí)現(xiàn)對(duì)具有隨機(jī)發(fā)生 增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器設(shè)計(jì)。
[0066] 進(jìn)一步地，提供另一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法，其與上 述方法不同之處在于:步驟六中所述的約束條件為：
[0067]
[006引 其中；
[0069] W〇):W〇)-i(())，R = diag{Si，S2，...，Sn}
[0070] 式中，為故障估計(jì)誤差，C(k)是非零向量，給定的干擾抑制指標(biāo)丫〉0,巧0)為 巧A)初始狀態(tài)，；(0巧故障估計(jì)器初始狀態(tài)估計(jì)向量，e(0)是初始估計(jì)誤差，護(hù)腳為巧0)的 轉(zhuǎn)置。
[0071 ]采用本發(fā)明所述方法進(jìn)行仿真：
[0072] 系統(tǒng)參數(shù)：
[0073]
[0074] 非線性函數(shù)為：
[0075]
[0076] 傳感器節(jié)點(diǎn)的參數(shù)為：
[0077] 打（k) = [0.5 O.lsin(化）]，C2(k) = [0.4 0.2]，C3(k) = [0.6 0.4sin(2k)]，
[007引 C4化）=[0.3sin(4k) 0]，C5(k) = [0.2sin(3k) O.lsin(化）]，Ei(k)=0.1，
[0079] E2(k)=0.31，E3(k)=0.23，E4(k) = 0.2，E5(k)=0.11，Hi(k) = 0.6，H2(k)=0.8j3 (k) =0.7，H4 化）=0.9,也化）=0.4
[0080] 此外，隨機(jī)變量a化）的概率為0.8,外部干擾CO化）=e邱(-k)，
故障信號(hào)為
正定矩陣Si = diag{2,2Ki = l，2,…，5)，系統(tǒng)的初始狀X(O) =
[0.26 -0.2]t，估計(jì)器的初始狀態(tài)為別0)二0 = …，5)。
[0081] 公式(6)、公式(7)和公式(8)進(jìn)行求解，得到故障估計(jì)器參數(shù)矩陣Ki^k)、出^1〇和 kjA)滿足平均生能約束。
[0082] 故障估計(jì)增益求解：
[0083] 根據(jù)步驟屯，得到故障估計(jì)器參數(shù)矩陣1(4化）、出^1〇和1^。化)為如下形式：
[0085]
[00化]故障估計(jì)器效果：
[0087] 圖2是傳感器節(jié)點(diǎn)的故障估計(jì)誤差示意圖，圖3是故障信號(hào)和傳感器節(jié)點(diǎn)的故障估 計(jì)示意圖。
[0088] 由圖2、圖3可見(jiàn)，針對(duì)具有隨機(jī)發(fā)生增益變化和隨機(jī)發(fā)生非線性現(xiàn)象的時(shí)變系統(tǒng)， 所發(fā)明的非脆弱分布式故障估計(jì)器設(shè)計(jì)方法可有效地估計(jì)出目標(biāo)狀態(tài)。
[0089] 本發(fā)明提出的一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法，其為一種隨 機(jī)發(fā)生的非線性和傳感器發(fā)生隨機(jī)增益變化的故障估計(jì)方法，設(shè)及隨機(jī)發(fā)生增益變化和 隨機(jī)發(fā)生非線性的時(shí)變系統(tǒng)非脆弱分布式故障估計(jì)器的設(shè)計(jì)。本發(fā)明解決了非脆弱分布式 故障估計(jì)問(wèn)題至今還沒(méi)有解決的隨機(jī)發(fā)生增益變化和隨機(jī)發(fā)生非線性兩種現(xiàn)象同時(shí)存在 于離散時(shí)變系統(tǒng)，進(jìn)而影響故障估計(jì)性能的難題，本發(fā)明首次把非脆弱分布式故障估計(jì)問(wèn) 題引入傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的非線性時(shí)變系統(tǒng)中。利用L2增益理論和隨機(jī)分析技術(shù)獲得充分 條件，保證了所需分布式故障估計(jì)器的存在，與現(xiàn)有的線性故障估計(jì)方法相比，本發(fā)明的故 障估計(jì)方法可W同時(shí)處理隨機(jī)發(fā)生的不確定性和隨機(jī)發(fā)生的非線性現(xiàn)象，達(dá)到抗非線性擾 動(dòng)的目的，本發(fā)明適用于非線性復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的故障估計(jì)。
[0090]如上述，已經(jīng)清楚詳細(xì)地描述了本發(fā)明提出的方法。盡管本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳 細(xì)描述并解釋了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員可W理解，在不背離所附權(quán)利要求定 義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可W在形式和細(xì)節(jié)中做出多種修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法，該方法包括W下步驟： 步驟一、使用傳感器網(wǎng)絡(luò)從控制系統(tǒng)中，提取故障數(shù)據(jù)并預(yù)處理； 步驟二、基于預(yù)處理的數(shù)據(jù)，建立帶有隨機(jī)發(fā)生增益變化和隨機(jī)發(fā)生非線性現(xiàn)象的時(shí) 變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器的動(dòng)態(tài)模型； 步驟=、對(duì)具有隨機(jī)發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器的動(dòng) 態(tài)模型進(jìn)行故障估計(jì) 步驟四、根據(jù)步驟Ξ建立的具有隨機(jī)發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式 故障估計(jì)器動(dòng)態(tài)模型，計(jì)算故障估計(jì)誤差： 步驟五、根據(jù)步驟四獲得的故障估計(jì)誤差，獲得故障估計(jì)增廣系統(tǒng)； 步驟六、利用故障估計(jì)增廣系統(tǒng)，通過(guò)構(gòu)建函數(shù)和利用已知的約束條件，分析故障估計(jì) 器是否滿足平均性能約束 步驟屯、若步驟六滿足性能約束，計(jì)算故障估計(jì)器參數(shù)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)具有隨機(jī)發(fā)生增益 變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì)器設(shè)計(jì)。2. 依據(jù)權(quán)利要求1的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法，其特征在于， 步驟二具體為建立具有隨機(jī)發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估 計(jì)器的動(dòng)態(tài)模型，其狀態(tài)空間形式為： X化+1)=A化)x化)+α化化(X化））+D化)W化)+G化)f化） （1) 故障估計(jì)器節(jié)點(diǎn)i的模型表達(dá)式為： yi(k)=Ci化)x化)+Ei化)V化)+Hi(k)f(k 1 = 1,2,. . . ,η (2) 式中，X腳€.D "嗦示系統(tǒng)的狀態(tài)向量，堿巧6□ 是系統(tǒng)的輸入干擾，/(A-} e□ %需要 檢測(cè)的故障<〇，,(/:) e "為故障估計(jì)器節(jié)點(diǎn)i得到的測(cè)量輸出，V化）eb[0，N)是外部擾動(dòng)。 A(k)，D(k)，G(k)，Ci(k)，Ei(k)和Hi(k)為已知的適當(dāng)維度的實(shí)時(shí)變矩陣。其中隨機(jī)變量 a(A^)e□用來(lái)描述隨機(jī)發(fā)生的非線性現(xiàn)象，服從伯努利白序列分布。ke[0，N]，[0，N] = {0, 1，一，^是一個(gè)有限時(shí)域空間。非線性向量值函數(shù)/2:0"'^0"'，11(0)=0滿足比^)-}1(7)- W(x-y)]T比(x)-h(y)-Q(x-y)]《〇，W與Ω為具有相應(yīng)維數(shù)的已知實(shí)數(shù)矩陣。3. 依據(jù)權(quán)利要求1的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法，其特征在于， 步驟=具體為對(duì)具有隨機(jī)發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì) 器的動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行故障估計(jì)； 建立故障估計(jì)器模型如下：式中"是故障估計(jì)器節(jié)點(diǎn)i的狀態(tài)估計(jì)向量，au是傳感器節(jié)點(diǎn)連接權(quán)重系數(shù)， ^足）>二0<是故障估計(jì)器節(jié)點(diǎn)1的輸出殘差，1(1^1〇，出^1〇和以^1〇是故障估計(jì)器節(jié)點(diǎn)1所需 要求得的參數(shù)矩陣，隨機(jī)變量〇lk、〇2k控制故障估計(jì)器發(fā)生增益變化的概率，數(shù)學(xué)期望為 6a、^巧差是巧、茍。AKu(k)和AHu(k)表示故障估計(jì)器產(chǎn)生的增益變化，AKij化） = Kij化)HaFa(l〇Ea，A出j(k)=&^l〇H肌化化b，其中Ha Hb Ea和Eb均為已知維數(shù)相當(dāng)?shù)木? 陣，F(xiàn)a化)與Fb化)是未知的矩陣且滿足FaT化)Fa化）《I，F(xiàn)bT化)Fb化）《1，1為單位矩陣。Ni表 示傳感器節(jié)點(diǎn)的集合。4. 依據(jù)權(quán)利要求1的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法，其特征在于， 步驟四具體為:根據(jù)步驟Ξ建立的具有隨機(jī)發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱 分布式故障估計(jì)器動(dòng)態(tài)模型，計(jì)算故障估計(jì)誤差： 殘差減去故障得到故障估計(jì)誤差方程： i](k)二 r,(k)- J'(k) (1) 式中，巧快識(shí)k時(shí)刻的故障估計(jì)誤差，/淋)e□堪故障估計(jì)器的輸出殘差，/腳e□嘴需 要檢測(cè)的故障。5. 依據(jù)權(quán)利要求1的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法，其特征在于，步 驟五具體為:根據(jù)步驟四獲得的故障估計(jì)誤差，獲得故障估計(jì)增廣系統(tǒng)；6. 依據(jù)權(quán)利要求1的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法，其特征在于， 步驟六具體為:利用故障估計(jì)增廣系統(tǒng)，通過(guò)構(gòu)建函數(shù)和利用已知的約束條件，分析故 障估計(jì)器是否滿足平均He?性能約束； 利用公式：(6) 假定故障估計(jì)器的參數(shù)矩陣1(1燦），出燦)和山化)已知，通過(guò)構(gòu)建函數(shù)(7): J化）=ηΤ化+1)P 化+ι)η化+ι)-ηΤ 化)P化)11化） （7) 在向量ξ化)非零的情況下，判斷參數(shù)1(1腫），出腫)和山化)是否滿足平均Η?性能約束； 公式(6)中矩陣具體形式：I 丫〉〇為一個(gè)給定的正標(biāo)量，Si〉0(i = 1，2，…，η)為一系列正定矩陣，{P(k) }〇《k《N+i是一 系列正定矩陣。diag{. . 表示對(duì)角矩陣，X為矩陣，ET為矩陣E的轉(zhuǎn)置，ΕΤχΤ為矩陣護(hù)和矩陣χτ 的乘積。1]0表示η維歐幾里得空間，表示nXm維實(shí)矩陣的集合。Ε{χ}表示X的數(shù)學(xué)期望，Ε {XI y}表示在y的條件下X的數(shù)學(xué)期望。?表示克羅內(nèi)克積，IIXII表示X的歐幾里得范數(shù)。7. 依據(jù)權(quán)利要求1的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法，其特征在于， 步驟屯具體為：若步驟六滿足性能約束，計(jì)算故障估計(jì)器參數(shù)矩陣Ku(k)，Hu(k)，^j 化）（i，j) e ε，實(shí)現(xiàn)對(duì)具有隨機(jī)發(fā)生增益變化的非線性時(shí)變系統(tǒng)的非脆弱分布式故障估計(jì) 器設(shè)計(jì)。8. 依據(jù)權(quán)利要求1的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的非脆弱性分布式故障估計(jì)方法，其特征在于， 步驟六具體為:步驟六中所述的約束條件為：式中，f(A-)為故障估計(jì)誤差，ξ化)是非零向量，給定的干擾抑制指標(biāo)丫〉0,巧0)為巧材初 始狀態(tài)，刮0)為故障估計(jì)器初始狀態(tài)估計(jì)向量，e(0)是初始估計(jì)誤差，5·τ(〇)為巧0)的轉(zhuǎn)置。
【文檔編號(hào)】H04L12/24GK105978725SQ201610318373
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】董宏麗, 路陽(yáng), 劉玉敏, 步賢業(yè), 于雅靜, 姜寅令, 吳攀超, 高宏宇
【申請(qǐng)人】蘆慧