基于动态事件触发机制的时变系统故障检测

Network-induced phenomena (such as packet dropouts, communication delays, quantization effects, actuator saturation and communication constraints) would frequently occur in networked systems due mainly to the network resource constraints and operating point shifting. The event-based fault diagnosis problem is still a hot yet challenging topic in the world. This project is concerned with the fault diagnosis problem for time-varying systems subject to the dynamic event-triggered mechanism, which has important theoretical significance and broad application prospects. Firstly, we will study the fault modeling problem for time-varying systems with network-based communication channels. Next, we will try to analyze the impact of the dynamic event-triggered mechanism on the resource utilization of networked communication. Then, we focus our attentions on the fault detection problems for time-varying systems subject to fading measurements, stochastic parameter variations and nonlinearities, respectively. Furthermore, we will deal with the analysis issue on the fault detectability subject to the topology variations for distributed networked time-varying systems. By designing appropriate self-adaptive triggering conditions, we will investigate the distributed fault detection problem with dynamic event-triggered mechanism for time-varying networked systems. Finally, the derived results will be tested experimentally based on an autonomous underwater vehicle system platform.

受网络资源以及工作条件变化等影响，网络化控制系统普遍存在数据包丢失、时滞、信号量化、执行器饱和以及传输能力受限等现象，合理的信号触发机制已成为提高资源利用率与系统性能的有效途径，关于事件触发系统的故障诊断仍是具有挑战性的国际前沿课题。本项目针对基于动态事件触发机制的时变系统故障检测开展研究，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。首先，建立复杂网络化环境下的时变系统故障模型，分析动态事件触发机制对故障检测性能和网络通信资源利用率的影响，分别针对衰落信道、随机参数变化、系统非线性等情况，研究网络环境下基于动态事件触发机制的时变系统故障检测问题；然后，分析分布式时变网络系统拓扑结构的动态变化对故障可检测性的影响，设计基于动态事件的触发机制，提出自适应事件触发条件，研究基于动态事件触发机制的分布式时变网络系统故障检测问题。最后，将理论研究成果通过水下机器人实验平台进行应用验证。

受网络资源以及工作条件变化等影响，网络化控制系统普遍存在数据包丢失、时滞、信号量化、执行器饱和以及传输能力受限等现象，合理的信号触发机制已成为提高资源利用率与系统性能的有效途径，关于事件触发系统的故障诊断仍是具有挑战性的国际前沿课题。本项目针对基于动态事件触发机制的时变系统故障检测开展研究，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。首先，项目组通过分析动态事件触发机制对故障检测性能和网络通信资源利用率的影响，在国际上率先提出了以非等周期离散时间系统表征事件触发系统的动态行为，并应用提升技术构建事件触发机制下的非等周期离散时变系统故障模型，建立了一种新的基于事件触发故障检测系统设计理论框架。以此为基础，构建了非等周期离散时变系统残差产生器，分别提出了基于事件触发的Hi/H∞性能指标优化的故障检测方法、基于事件触发等价空间故障检测方法、基于Krein 空间投影的事件触发H∞滤波方法和基于事件触发的多传感器网络系统分布式Hi/H∞优化故障检测方法。研究提出了基于未知输入观测器的马尔科夫跳变系统动态事件触发故障估计方法和基于事件触发的复杂网络传感器故障估计方法。本项目在研究手段、研究方法、分析技巧方面的学术贡献和创新性主要包括：实现了残差信号与事件触发数据传输诱导误差的全解耦，消除了该传输误差对残差的影响，有效提高了事件触发故障检测系统性能；实现了故障检测系统鲁棒性指标与灵敏度指标的优化设计，并且残差产生器与事件触发机制能够独立设计；提出的事件触发故障检测滤波器设计Krein空间正交投影和新息重构研究方法，比已有线性矩阵不等式方法保守性低，计算量小。最后，分别以无人机、水下机器人、卫星姿态控制系统为对象，对取得的部分理论成果进行了仿真实验验证。