一種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于控制領(lǐng)域，提供了一種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制方法及系統(tǒng)，基于被控對象的連續(xù)時間系統(tǒng)模型，控制器獲取傳感器采集的、經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器后的、經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟蓸訒r滯后的輸出信號，設(shè)計控制器和故障檢測器；故障檢測器檢測出故障檢測信號，同時，控制器輸出控制信號以實現(xiàn)對被動對象的閉環(huán)控制。從而，本發(fā)明避免了離散化建模帶來的建模誤差，在設(shè)計主動容錯的控制器的同時考慮了故障信息，還考慮了故障檢測器精確檢測故障的需要；更優(yōu)的是，設(shè)計依賴于時滯的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障檢測器與控制器的集成設(shè)計過程中，調(diào)用了錐補線性化技術(shù)，將設(shè)計控制器的求解轉(zhuǎn)化為隸屬于線性矩陣不等式的一個非凸優(yōu)化問題，與滯后無關(guān)比較，保守性大大降低。因此，本發(fā)明實現(xiàn)了故障檢測及容錯控制。
【專利說明】一種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于控制領(lǐng)域，尤其涉及一種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對系統(tǒng)性能、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力以及低成本、低消耗等要求的不斷提高，現(xiàn)代化工程技術(shù)系統(tǒng)正朝著大規(guī)模、復雜化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化的方向發(fā)展。系統(tǒng)越復雜、規(guī)模越大，發(fā)生故障的可能性就越高。當系統(tǒng)發(fā)生的故障不能被及時檢測并排除，一旦發(fā)生故障將造成人員和財產(chǎn)的巨大損失。例如，2011年7月23日發(fā)生的“甬溫線”特大動車追尾事故，由于信號和調(diào)度系統(tǒng)發(fā)生故障未被及時檢測、排除與處理，造成了死亡40人，200多人受傷的慘劇。類似背景下，動態(tài)系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制技術(shù)作為提高系統(tǒng)安全性與可靠性的重要手段，對于保證系統(tǒng)的可靠性、安全性、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及降低成本消耗，具有重要意義。綜合考慮故障診斷子系統(tǒng)與容錯控制子系統(tǒng)性能要求的集成設(shè)計是故障診斷與容錯控制研究領(lǐng)域的重要理論問題之一。目前，針對網(wǎng)絡(luò)時滯為隨機不確定，存在數(shù)據(jù)丟包、數(shù)據(jù)錯亂等現(xiàn)象的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control System - NCS)故障檢測與容錯控制問題的研究，主要是基于NCS的離散化系統(tǒng)模型進行，稱之為間接法；然而，網(wǎng)絡(luò)本身結(jié)構(gòu)的復雜性和靈活性造成了離散化系統(tǒng)模型容易產(chǎn)生較大的建模誤差。對于網(wǎng)絡(luò)時滯為未知有界的一般NCS，建立連續(xù)時間模型能夠更準確、方便地描述系統(tǒng)的動態(tài)行為；然而，目前對NCS基于連續(xù)時間系統(tǒng)的故障檢測與容錯控制問題，僅考慮了系統(tǒng)可能發(fā)生的執(zhí)行器失效故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制方法，該方法基于連續(xù)時間模型，實現(xiàn)故障檢測及容錯控制。
[0004]本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制方法，所述方法包括:
[0005]根據(jù)被控對象的連續(xù)時間模型，傳感器采集測量輸出信號；
[0006]模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣所述測量輸出信號，得到數(shù)字化的測量輸出信號；
[0007]控制器接收輸出信號，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制模型處理所述輸出信號，得到控制信號，所述輸出信號為經(jīng)過采樣時滯后的所述數(shù)字化的測量輸出信號，所述網(wǎng)絡(luò)控制模型包括處理時滯;
[0008]故障檢測器接收所述輸出信號、控制信號，根據(jù)故障檢測模型處理所述輸出信號、所述控制信號，得到故障檢測信號；
[0009]數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字的控制信號轉(zhuǎn)換為模擬的控制信號，所述數(shù)字的控制信號為經(jīng)過傳輸時滯后的所述控制信號；
[0010]執(zhí)行器根據(jù)所述模擬的控制信號，控制所述被控對象工作。
[0011]基于上述方法，本發(fā)明另一目的在于提供一種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0012]傳感器，用于根據(jù)被控對象的連續(xù)時間模型，采集測量輸出信號；
[0013]模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于采樣所述測量輸出信號，得到數(shù)字化的測量輸出信號；
[0014]控制器，用于接收輸出信號，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制模型處理所述輸出信號，得到控制信號，所述輸出信號為經(jīng)過采樣時滯后的所述數(shù)字化的測量輸出信號，所述網(wǎng)絡(luò)控制模型包括處理時滯；
[0015]故障檢測器，用于獲取所述網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障模型，接收所述輸出信號、控制信號，根據(jù)故障檢測模型處理所述輸出信號、所述控制信號，得到故障檢測信號；
[0016]數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將數(shù)字的控制信號轉(zhuǎn)換為模擬的控制信號，所述數(shù)字的控制信號為經(jīng)過傳輸時滯后的所述控制信號；
[0017]執(zhí)行器，用于根據(jù)所述模擬的控制信號，控制所述被控對象工作。
[0018]本發(fā)明提供了一種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制方法及系統(tǒng)，基于連續(xù)時間系統(tǒng)，控制器獲取傳感器采集的、經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器后的、經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的采樣時滯后的輸出信號，設(shè)計控制器和故障檢測器；故障檢測器檢測出故障信號的估計信號，即故障檢測信號，同時，控制器輸出控制信號實現(xiàn)對被動對象的控制；從而，本發(fā)明避免了離散化建模帶來的建模誤差；在設(shè)計主動容錯的控制器時，考慮了故障檢測器精確檢測故障的需要，同時，設(shè)計容錯的控制器時還考慮了故障信息；更優(yōu)的是，設(shè)計依賴于時滯的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障檢測器與控制器的過程中，使用非凸線性矩陣不等式，與滯后無關(guān)比較，保守性大大降低。因此，本發(fā)明實現(xiàn)了故障檢測，還具有容錯功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1是本發(fā)明實施例一提供的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制方法的實現(xiàn)流程圖；
[0021]圖2是本發(fā)明實施例二提供的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]為了說明本發(fā)明所述的技術(shù)方案，下面通過具體實施例來進行說明。
[0024]實施例一:
[0025]在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，在有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬中，接收到的數(shù)據(jù)包存在時滯、亂序等問題，本發(fā)明在考慮了上述問題的情況下，基于連續(xù)時間系統(tǒng)模型，提出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制方法，有效地避免了離散化過程帶來的建模誤差，實現(xiàn)檢測出故障信息的同時還具有容錯功能。
[0026]圖1示出了本發(fā)明第一實施例提供的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制實現(xiàn)流程，其過程詳述如下:
[0027]步驟S101，根據(jù)被控對象的連續(xù)時間模型，傳感器采集測量輸出信號。
[0028]當執(zhí)行器根據(jù)上次反饋的模擬的控制信號對被控對象進行控制時，傳感器對被控對象的輸出數(shù)據(jù)進行采集，得到測量輸出信號。
[0029]優(yōu)選的是，傳感器采集測量輸出信號時，采集過程為連續(xù)時間采集，所述采集測量輸出信號滿足連續(xù)時間模型；更優(yōu)的是，在所述連續(xù)時間模型中引入了未知輸入、故障信號，所述未知輸入為系統(tǒng)外的噪聲或輸入信號，所述故障信號為引發(fā)故障的主要因素的信號；其中，所述連續(xù)時間模型包括:
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的檢測與控制方法，其特征在于，所述方法包括: 根據(jù)被控對象的連續(xù)時間模型，傳感器采集測量輸出信號； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣所述測量輸出信號，得到數(shù)字化的測量輸出信號； 控制器接收輸出信號，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制模型處理所述輸出信號，得到控制信號，所述輸出信號為經(jīng)過采樣時滯后的所述數(shù)字化的測量輸出信號，所述網(wǎng)絡(luò)控制模型包括處理時滯； 故障檢測器接收所述輸出信號、控制信號，根據(jù)故障檢測模型處理所述輸出信號、所述控制信號，得到故障檢測信號； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字的控制信號轉(zhuǎn)換為模擬的控制信號，所述數(shù)字的控制信號為經(jīng)過傳輸時滯后的所述控制信號； 執(zhí)行器根據(jù)所述模擬的控制信號，控制所述被控對象工作。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述米樣時滯、所述處理時滯、所述傳輸時滯滿足時滯模型，所述時滯模型包括:

3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述連續(xù)時間模型包括:

4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)控制模型包括:
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，故障檢測器接收所述輸出信號、控制信號，根據(jù)故障檢測模型處理所述輸出信號、所述控制信號，得到故障檢測信號的步驟之前，所述方法還包括: 故障檢測器獲取所述網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障模型，所述故障模型包括:
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述故障檢測模型包括:
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制器接收輸出信號，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制模型處理所述輸出信號，得到控制信號的步驟，還包括: 在根據(jù)狀態(tài)估計偏差模型限定狀態(tài)估計偏差的波動范圍的情況下，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制模型處理所述輸出信號、狀態(tài)估計，得到所述待設(shè)計的觀測增益矩陣，以得到控制信號，所述狀態(tài)估計偏差模型為: e(0 = x{t)-x{t)，其中，所述e⑴為狀態(tài)估計偏差。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制器接收輸出信號，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制模型處理所述輸出信號，得到控制信號的步驟，還包括: 在根據(jù)狀態(tài)估計偏差模型限定狀態(tài)估計偏差的波動范圍、根據(jù)故障狀態(tài)估計偏差模型限定故障狀態(tài)估計偏差的波動范圍、根據(jù)故障估計偏差模型限定故障估計偏差的波動范圍的情況下，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制模型處理所述輸出信號、狀態(tài)估計，得到所述待設(shè)計的觀測增益矩陣，以得到控制信號， 所述故障狀態(tài)估計偏差模型為: e: (/) = Xr(I)-Xf(I),其中所述ef(t)為故障狀態(tài)估計偏差； 所述故障估計偏差模型為: re(t) = rf (t)-r (t),其中所述re(t)為故障估計偏差。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在滿足H00性能指標模型的條件下，建立所述網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障模型，所述Hji型為:
10.一種基于權(quán)利要求1至權(quán)利要求9所述方法的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 傳感器，用于根據(jù)被控對象的連續(xù)時間模型，采集測量輸出信號； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于采樣所述測量輸出信號，得到數(shù)字化的測量輸出信號；控制器，用于接收輸出信號，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制模型處理所述輸出信號，得到控制信號，所述輸出信號為經(jīng)過采樣時滯后的所述數(shù)字化的測量輸出信號，所述網(wǎng)絡(luò)控制模型包括處理時滯； 故障檢測器，用于獲取所述網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障模型，接收所述輸出信號、控制信號，根據(jù)故障檢測模型處理所述輸出信號、所述控制信號，得到故障檢測信號； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將數(shù)字的控制信號轉(zhuǎn)換為模擬的控制信號，所述數(shù)字的控制信號為經(jīng)過傳輸時滯后的所述控制信號； 執(zhí)行器，用于根據(jù)所述 模擬的控制信號，控制所述被控對象工作。
【文檔編號】H04L29/14GK103458068SQ201310169135
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月9日
【發(fā)明者】劉云霞, 任仙怡, 高月芳, 王輝靜 申請人:深圳信息職業(yè)技術(shù)學院