带有时延和丢包的分布式网络化控制系统故障检测方法(2011年)资源-CSDN文库

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第４１卷增刊

２０１１年９月

　

东南大学学报

（自然科学版）

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）

　

Ｖｏｌ．４１Ｓｕｐ

Ｓｅｐｔ．２０１１

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１１．Ｓ１．０３６

带有时延和丢包的分布式网络化控制系统故障

检测方法

曾凡琳　宗　群　刘文静　吉月辉

（天津大学电气与自动化工程学院，天津３０００７２）

摘要：针对带有带宽约束的分布式网络化控制系统，研究了双层监控系统框架下的带有时延和

丢包的子系统故障检测方法．针对带有状态时延、输入与输出存在丢包的子系统，将其建模为带

有时延的马尔可夫跳跃系统，将故障检测的任务转化为选择适当的滤波器参数，保证扩展系统渐

近稳定并满足一定的鲁棒性要求，根据滤波器参数获得系统的残差用于判断故障是否发生，同时

给出相关理论证明，最后通过仿真验证方法的有效性．

关键词：分布式网络化控制系统；故障检测；鲁棒滤波器；残差评价

中图分类号：ＴＰ２７３　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１１）Ｓ１０１７３０６

Ｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｎｅｔｗｏｒｋｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅ

ｄｅｌａｙｓａｎｄｐａｃｋｅｔｌｏｓｓ

ＺｅｎｇＦａｎｌｉｎ　ＺｏｎｇＱｕｎ　ＬｉｕＷｅｎｊｉｎｇ　ＪｉＹｕｅｈｕｉ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｔｈｅｌｉｍｉｔｅｄｂａｎｄｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋ，ｔｗｏｌｅｖｅｌＤＮＣＳ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ

ｎｅｔｗｏｒｋｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓ）ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｓｕｂｓｙｓｔｅｍｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｕｎｉｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒＤＮＣＳ

ｗｉｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅｄｅｌａｙａｎｄｐａｃｋｅｔｌｏｓｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｍｐａｃｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐａｃｋｅｔｌｏｓｓｏｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ

ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅｄｅｌａｙｓ

，ｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｐａｃｋｅｔｌｏｓｓａｒｅｍｏｄｅｌｅｄａｓＭａｒｋｏｖｉａｎｊｕｍｐｓｙｓ

ｔｅｍ．Ｔｈｅｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｆｉｌｔｅｒｄｅｓｉｇｎｐｒｏｂｌｅｍｉｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｔｏｆｉｎｄｔｈｅｆｉｌｔｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈｔｈａｔｔｈｅ

ｅｘｔｅｎｄｅｄｓｙｓｔｅｍｉｓｓｔａｂｌｅａｎｄａｌｓｏｉｓｓａｔｉｓｆｉｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｏｂｕｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅ

ｒｏｂｕｓｔｆｉｌｔｅｒｉｓｕｓｅｄｔｏｊｕｄｇｅｗｈｅｔｈｅｒａｆａｕｌｔｗｏｕｌｄｈａｐｐｅｎ．Ｆｉｎａｌｌｙｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄ

ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｎｅｔｗｏｒｋｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓ；ｆａｕｌｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｒｏｂｕｓｔｆｉｌｔｅｒ；ｒｅｓｉｄｕａｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎ

收稿日期：２０１１０６１０．　作者简介：曾凡琳（１９８５—），女，博士生；宗群（联系人），男，博士，教授，博士生导师，ｚｏｎｇｑｕｎ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．

基金项目：国家自然科学基金资助项目（９１０１６０１８，６０８７４０７３）、天津市基础研究重点基金资助项目（１１ＪＣＺＤＪＣ２５１００）．

引文格式：曾凡琳，宗群，刘文静，等．带有时延和丢包的分布式网络化控制系统故障检测方法［Ｊ］．东南大学学报：自然科学版，２０１１，４１

（Ｓ１）：１７３１７８．［ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１１．Ｓ１．０３６］

　　通过网络将传感器、控制器和执行器等节点及其他设备连接起来，形成闭环反馈控制系统对被控对象

进行控制所组成的系统称为网络化控制系统（ｎｅｔｗｏｒｋｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ）

［１］

．与集中式控制相比，网络化控

制系统具有成本低、安装维护简单、系统可靠性高、灵活性高、便于进行故障检测、远程操作与控制、资源共

享等优点，因此已成为学术界和工业界的研究热点之一

［２３］

．

随着系统规模的日渐庞大，控制算法日益复杂，传统的网络化控制系统已经不能满足实际需求，因此

分布式网络化控制系统成为未来发展趋势，然而目前针对分布式网络化控制系统进行故障检测的研究相

对较少，文献［

４］对双层分布式网络化控制系统结构、子系统与中心单元的信息交换以及基于观测器的故

障诊断方法进行详细介绍．文献［５］研究双层分布式网络化控制系统容错单元的集成设计，其核心内容是

双层结构中的通信、控制、诊断与容错的协调与设计．文献［６］针对双层分布式网络化控制系统，建立分布

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