一種網絡控制系統的檢測與控制方法及系統的製作方法
2024-01-24 07:43:15 1
一種網絡控制系統的檢測與控制方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明適用於控制領域，提供了一種網絡控制系統的檢測與控制方法及系統，基於被控對象的連續時間系統模型，控制器獲取傳感器採集的、經過模數轉換器後的、經過網絡傳輸的採樣時滯後的輸出信號，設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對被動對象的閉環控制。從而，本發明避免了離散化建模帶來的建模誤差，在設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；更優的是，設計依賴於時滯的網絡控制系統的故障檢測器與控制器的集成設計過程中，調用了錐補線性化技術，將設計控制器的求解轉化為隸屬於線性矩陣不等式的一個非凸優化問題，與滯後無關比較，保守性大大降低。因此，本發明實現了故障檢測及容錯控制。
【專利說明】一種網絡控制系統的檢測與控制方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於控制領域，尤其涉及一種網絡控制系統的檢測與控制方法及系統。
【背景技術】
[0002]隨著對系統性能、產品質量、生產能力以及低成本、低消耗等要求的不斷提高，現代化工程技術系統正朝著大規模、複雜化、網絡化、分散化的方向發展。系統越複雜、規模越大，發生故障的可能性就越高。當系統發生的故障不能被及時檢測並排除，一旦發生故障將造成人員和財產的巨大損失。例如，2011年7月23日發生的「甬溫線」特大動車追尾事故，由於信號和調度系統發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，動態系統的故障診斷與容錯控制技術作為提高系統安全性與可靠性的重要手段，對於保證系統的可靠性、安全性、提高產品質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與容錯控制子系統性能要求的集成設計是故障診斷與容錯控制研究領域的重要理論問題之一。目前，針對網絡時滯為隨機不確定，存在數據丟包、數據錯亂等現象的網絡控制系統(Networked Control System - NCS)故障檢測與容錯控制問題的研究，主要是基於NCS的離散化系統模型進行，稱之為間接法；然而，網絡本身結構的複雜性和靈活性造成了離散化系統模型容易產生較大的建模誤差。對於網絡時滯為未知有界的一般NCS，建立連續時間模型能夠更準確、方便地描述系統的動態行為；然而，目前對NCS基於連續時間系統的故障檢測與容錯控制問題，僅考慮了系統可能發生的執行器失效故障。
【發明內容】
[0003]本發明實施例的目的在於提供一種網絡控制系統的檢測與控制方法，該方法基於連續時間模型，實現故障檢測及容錯控制。
[0004]本發明實施例是這樣實現的，一種網絡控制系統的檢測與控制方法，所述方法包括:
[0005]根據被控對象的連續時間模型，傳感器採集測量輸出信號；
[0006]模數轉換器採樣所述測量輸出信號，得到數位化的測量輸出信號；
[0007]控制器接收輸出信號，根據網絡控制模型處理所述輸出信號，得到控制信號，所述輸出信號為經過採樣時滯後的所述數位化的測量輸出信號，所述網絡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]數模轉換器將數字的控制信號轉換為模擬的控制信號，所述數字的控制信號為經過傳輸時滯後的所述控制信號；
[0010]執行器根據所述模擬的控制信號，控制所述被控對象工作。
[0011]基於上述方法，本發明另一目的在於提供一種網絡控制系統的檢測與控制系統，所述系統包括:
[0012]傳感器，用於根據被控對象的連續時間模型，採集測量輸出信號；
[0013]模數轉換器，用於採樣所述測量輸出信號，得到數位化的測量輸出信號；
[0014]控制器，用於接收輸出信號，根據網絡控制模型處理所述輸出信號，得到控制信號，所述輸出信號為經過採樣時滯後的所述數位化的測量輸出信號，所述網絡控制模型包括處理時滯；
[0015]故障檢測器，用於獲取所述網絡控制系統的故障模型，接收所述輸出信號、控制信號，根據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]數模轉換器，用於將數字的控制信號轉換為模擬的控制信號，所述數字的控制信號為經過傳輸時滯後的所述控制信號；
[0017]執行器，用於根據所述模擬的控制信號，控制所述被控對象工作。
[0018]本發明提供了一種網絡控制系統的檢測與控制方法及系統，基於連續時間系統，控制器獲取傳感器採集的、經過模數轉換器後的、經過網絡的採樣時滯後的輸出信號，設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對被動對象的控制；從而，本發明避免了離散化建模帶來的建模誤差；在設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，設計容錯的控制器時還考慮了故障信息；更優的是，設計依賴於時滯的網絡控制系統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，與滯後無關比較，保守性大大降低。因此，本發明實現了故障檢測，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明實施例中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1是本發明實施例一提供的網絡控制系統的檢測與控制方法的實現流程圖；
[0021]圖2是本發明實施例二提供的網絡控制系統的檢測與控制系統的網絡架構圖。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發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明，並不用於限定本發明。
[0023]為了說明本發明所述的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。
[0024]實施例一:
[0025]在網絡控制系統中，在有限的網絡帶寬中，接收到的數據包存在時滯、亂序等問題，本發明在考慮了上述問題的情況下，基於連續時間系統模型，提出了網絡控制系統的檢測與控制方法，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示出了本發明第一實施例提供的網絡控制系統的檢測與控制實現流程，其過程詳述如下:
[0027]步驟S101，根據被控對象的連續時間模型，傳感器採集測量輸出信號。
[0028]當執行器根據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據進行採集，得到測量輸出信號。
[0029]優選的是，傳感器採集測量輸出信號時，採集過程為連續時間採集，所述採集測量輸出信號滿足連續時間模型；更優的是，在所述連續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外的噪聲或輸入信號，所述故障信號為引發故障的主要因素的信號；其中，所述連續時間模型包括:
[0030]
【權利要求】
1.一種網絡控制系統的檢測與控制方法，其特徵在於，所述方法包括: 根據被控對象的連續時間模型，傳感器採集測量輸出信號； 模數轉換器採樣所述測量輸出信號，得到數位化的測量輸出信號； 控制器接收輸出信號，根據網絡控制模型處理所述輸出信號，得到控制信號，所述輸出信號為經過採樣時滯後的所述數位化的測量輸出信號，所述網絡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； 數模轉換器將數字的控制信號轉換為模擬的控制信號，所述數字的控制信號為經過傳輸時滯後的所述控制信號； 執行器根據所述模擬的控制信號，控制所述被控對象工作。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，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.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述連續時間模型包括:
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述網絡控制模型包括:
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，故障檢測器接收所述輸出信號、控制信號，根據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絡控制系統的故障模型，所述故障模型包括:
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述故障檢測模型包括:
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述控制器接收輸出信號，根據網絡控制模型處理所述輸出信號，得到控制信號的步驟，還包括: 在根據狀態估計偏差模型限定狀態估計偏差的波動範圍的情況下，根據網絡控制模型處理所述輸出信號、狀態估計，得到所述待設計的觀測增益矩陣，以得到控制信號，所述狀態估計偏差模型為: e(0 = x{t)-x{t)，其中，所述e⑴為狀態估計偏差。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述控制器接收輸出信號，根據網絡控制模型處理所述輸出信號，得到控制信號的步驟，還包括: 在根據狀態估計偏差模型限定狀態估計偏差的波動範圍、根據故障狀態估計偏差模型限定故障狀態估計偏差的波動範圍、根據故障估計偏差模型限定故障估計偏差的波動範圍的情況下，根據網絡控制模型處理所述輸出信號、狀態估計，得到所述待設計的觀測增益矩陣，以得到控制信號， 所述故障狀態估計偏差模型為: e: (/) = Xr(I)-Xf(I),其中所述ef(t)為故障狀態估計偏差； 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.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，在滿足H00性能指標模型的條件下，建立所述網絡控制系統的故障模型，所述Hji型為:
10.一種基於權利要求1至權利要求9所述方法的系統，其特徵在於，所述系統包括: 傳感器，用於根據被控對象的連續時間模型，採集測量輸出信號； 模數轉換器，用於採樣所述測量輸出信號，得到數位化的測量輸出信號；控制器，用於接收輸出信號，根據網絡控制模型處理所述輸出信號，得到控制信號，所述輸出信號為經過採樣時滯後的所述數位化的測量輸出信號，所述網絡控制模型包括處理時滯； 故障檢測器，用於獲取所述網絡控制系統的故障模型，接收所述輸出信號、控制信號，根據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； 數模轉換器，用於將數字的控制信號轉換為模擬的控制信號，所述數字的控制信號為經過傳輸時滯後的所述控制信號； 執行器，用於根據所述 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 優先權日:2013年5月9日
【發明者】劉雲霞, 任仙怡, 高月芳, 王輝靜 申請人:深圳信息職業技術學院