调度时间和通信状态相关事件混合驱动的网络化系统故障检测

This project will investigate the problem of how to reduce waste of network resources while achieving fault detection for a class of event-triggered networked systems with limited network resources. . The models describing the communication status of network and the plant with faults will first be established based on an exploration of the characteristics of network transmission and their influence on system performance. Next, according to the influence of communication status on system performance and utilization efficiency of network resources, a communication-status-dependent event-triggered transmission protocol will be designed and the description method of the event parameters will be discussed. Then, a model of communication-status-dependent event-triggered networked systems with multiple network-induced phenomena will be established in a unified framework. Especially, for a class of event-triggered networked systems with medium access constraints, a proper time-triggered scheduling protocol will be proposed and its mathematical model will be given simultaneously. Then, a model of hybrid scheduling time and communication-status-dependent event triggered networked systems will be established. A structure for fault detection system will be created based on the proposed models of networked systems and co-design method for parameters of event, scheduler and residual generator will be investigated. Finally, the validity of the fault detection method and its practical application will be demonstrated and discussed through simulations and experiments on the internet-based three-tank-system.. The objective of this project is to develop a new and effective fault detection method for hybrid triggered networked systems with limited network resources. This project will have significant theoretical and practical results. Moreover, it will spur advances in the fields of networked systems and theories of fault detection.

针对资源有限事件驱动的网络化系统，本项目研究一种减少网络资源浪费的同时实现其故障检测的方法。通过分析网络传输特性及其对系统性能的影响建立网络通信状态和故障对象模型描述；根据网络通信状态对系统性能及网络资源利用效率的影响，设计通信状态相关事件驱动协议，探讨事件参数描述方法，并在统一框架下建立通信状态相关事件驱动的带有多种诱导现象的网络化系统模型；特别针对介质访问受限的事件驱动网络化系统，提出合理的时间驱动调度协议，给出调度的模型描述，并建立调度时间和通信状态相关事件混合驱动的网络化系统模型；建立基于网络化系统模型的故障检测系统结构，研究事件、调度及残差生成器协同设计方法；通过仿真和基于互联网的三容水箱系统实验，验证故障检测方法的有效性并探讨其实际应用。本项目研究将为资源有限混合驱动的网络化系统故障检测提供新颖的和有效的方法，促进网络化系统和故障检测理论的发展，具有重要的科学意义和应用价值。

项目针对资源有限的且具有调度时间驱动和通信状态相关事件驱动两种触发机制的网络化系统，开展故障检测和状态估计等问题研究。首先，研究了能反映网络通信状态的事件触发机制的建模方法及该触发机制下的网络化系统故障检测和状态估计方法；提出了在一定程度上反映通信状态的改进的动态事件触发机制，其可包含已有动态事件触发机制作为特例，并可在保证系统性能的前提下，减少网络资源的浪费。通过构造与改进的动态事件触发机制中的柔性变量相关的Lyapunov函数，提出了这类动态事件触发机制下的网络化切换系统、奇异摄动系统和Markov跳变系统的故障诊断方法。其次，研究了具有随机通信协议的网络化系统的建模和故障检测方法，提出了基于Markov链描述的随机通信协议模型，并考虑了通信协议中Markov模态的观测误差，进而提出了隐Markov型故障检测滤波器的设计方法。此外，针对通信协议下的基因调控网络和具有多时间尺度的复杂动态网络的状态估计问题，先后提出了指数最终有界的、随机H-infinity有限时间有界的、基于递推倒向黎卡提差分方程的基因调控网络状态估计方法；同时，建立了两种反映多时间尺度特性的奇异摄动复杂网络模型，并分别提出了Round-Robin协议和随机通信协议下的这两种复杂网络的状态估计方法。.通过上述研究，建立了新型动态事件触发机制和通信协议下的网络化系统数学模型，为资源有限的网络化系统的故障检测和状态估计提供了新颖和有效的方法，促进了网络化系统故障检测和状态估计理论的发展，为网络化系统的深入和广泛应用提供了理论支撑，并为解决国家重大领域安全性和可靠性技术瓶颈问题作了铺垫。此外，上述基因调控网络状态估计研究在一定程度上可为揭示细胞生命活动规律提供新途径，进一步丰富和发展了复杂网络理论，并为基因辨识、疾病治疗和药物开发提供科学依据，因此具有重要的科学意义和应用前景。