【摘要】：傳感器技術、嵌入式運算和無線通信的快速發(fā)展導致了網(wǎng)絡環(huán)境中的動態(tài)系統(tǒng)應運而生,并已經(jīng)成功應用于實際工業(yè)的遠程監(jiān)控、操作以及診斷任務。然而,受資源約束的網(wǎng)絡環(huán)境成為了制約其發(fā)展的瓶頸,它促使本文研究非理想網(wǎng)絡環(huán)境下的狀態(tài)估計與故障診斷問題。另一方面,為了節(jié)約受限的通信帶寬和有限的節(jié)點電池能量.事件驅(qū)動的傳輸機制受到了廣泛地關注。盡管研究此類機制已經(jīng)具有一定的成果,但在非理想網(wǎng)絡環(huán)境中研究事件驅(qū)動傳輸策略仍然存在許多亟待解決的問題�；诖�,本文考慮在非理想的無線網(wǎng)絡環(huán)境中,深入地研究離散隨機系統(tǒng)事件驅(qū)動的狀態(tài)估計和故障診斷問題。具體地說,研究了以下內(nèi)容。(1)研究了事件驅(qū)動傳輸框架下離散時間隨機系統(tǒng)的狀態(tài)估計問題。首先,同時考慮無偏與最小方差指標,設計了一類未知輸入的事件驅(qū)動狀態(tài)估計器,采用一類近似二次型性能指標,針對所設計的估計器,推導了相應的輸出估計誤差傳輸策略。然后,針對間歇觀測的隨機系統(tǒng),研究基于切換型卡爾曼濾波的穩(wěn)定性問題。除此之外,通過一類二階耦合水箱的液位監(jiān)控系統(tǒng)驗證理論方法的可行性及有效性。(2)研究了如何設計事件驅(qū)動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略以實現(xiàn)平衡估計性能和中繼節(jié)點電池的能量消耗。特別地,著眼于考慮測量數(shù)據(jù)無法直接通過傳感器節(jié)點發(fā)送到遠程估計器端,需要利用一系列中繼節(jié)點通過多跳鏈路轉(zhuǎn)發(fā)信息給遠程估計器的情況。首先設計了一類基于輸出估計誤差傳輸機制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略,利用一系列中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)測量值至遠程估計器,利用近似二次型性能指標的上界求解其閾值。其次,設計了一類基于誤差協(xié)方差傳輸機制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略,通過設計本地估計器使得中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)估計值至遠程估計器,相應的閾值利用近似二次型性能指標的上界獲取。最后,借助所構建的二階耦合水箱模型系統(tǒng)驗證理論方法的有效性和實用性。(3)研究了離散時間隨機系統(tǒng)事件驅(qū)動的故障檢測與故障估計問題。首先,針對含傳感器非線性、欺詐性攻擊和外部擾動的隨機系統(tǒng),提出了一種事件驅(qū)動的故障檢測器,其中考慮傳感器非線性根據(jù)伯努利分布隨機發(fā)生。引入H_-/H_∞性能指標求解了估計器增益和殘差加權矩陣,以此提高了故障檢測殘差系統(tǒng)的敏感性并減弱攻擊者注入虛假信息和外部擾動所造成的影響。其次,為了使故障檢測殘差僅對故障敏感,利用了坐標變換的方法將隨機系統(tǒng)分解為兩類子系統(tǒng),推導相應的事件驅(qū)動最優(yōu)估計器。借助無偏性和最小方差兩類優(yōu)化指標求解其增益,并利用近似二次型性能指標的上界獲取事件驅(qū)動的閾值;特別地,所提出的故障報警策略將不受事件驅(qū)動數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?以確保故障檢測的實時性。再次,利用坐標變換的方法,綜合設計了一類事件驅(qū)動故障檢測器與故障估計器以抵抗外部干擾和隨機發(fā)生欺詐性攻擊的影響,通過數(shù)學歸納法,以黎卡提型差分方程的形式獲取狀態(tài)和故障估計誤差協(xié)方差的上界,借助遞歸算法最小化協(xié)方差的上界并實時地獲得估計器增益。隨后,利用所考慮的故障估計器擴展成多跳中繼網(wǎng)絡的情況,在數(shù)據(jù)丟失的多跳網(wǎng)絡中研究了誤差協(xié)方差傳輸機制的故障估計問題。最后,所獲取的理論結果應用于一類一階目標跟蹤模型驗證理論方法的有效性,并與現(xiàn)有的研究結果進行了對比分析。(4)探索了含欺詐性攻擊的飽和隨機系統(tǒng)的事件驅(qū)動容錯控制問題。首先研究了被動抑制的容錯控制問題:基于動態(tài)輸出反饋的方法,針對一類含狀態(tài)飽和約束與欺詐性攻擊的隨機系統(tǒng),對隨機發(fā)生的執(zhí)行器故障進行抑制,通過李雅普諾夫泛函的方法,推導控制器存在的充分條件,借助了奇異值分解與線性矩陣不等式方法求解其增益。然后研究了主動補償?shù)娜蒎e控制問題:考慮了一類含部分狀態(tài)飽和約束與隨機發(fā)生欺詐性攻擊的隨機系統(tǒng),利用事件驅(qū)動故障估計器重構的信息對系統(tǒng)故障進行補償控制,通過狀態(tài)降階和狀態(tài)分離的原則,分別推導了相應的估計器和控制器增益。最后,所獲取的理論方法應用于一類直流電機模型驗證理論方法的有效性和實用性,并與現(xiàn)有的研究結果進行了對比分析。(5)設計了基于事件驅(qū)動估計器的鋰離子電池組健康管理系統(tǒng)。特別地,在多跳網(wǎng)絡的情況中討論了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的實施問題,并促使本文設計了一類新型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議,它包含了相關的硬件設計和程序?qū)崿F(xiàn)。對健康管理系統(tǒng)的闡述分成三方面:首先,利用基爾霍夫定律,給出所考慮鋰離子電池組的等效模型。然后,借助此等效模型,對構建的三節(jié)ANR26650電池進行端電壓的估計、故障檢測以及各類故障的重構。最后所考慮的電池模型擴展為多跳中繼網(wǎng)絡的結構,在數(shù)據(jù)丟失的多跳網(wǎng)絡中設計并驗證端電壓的估計與各類故障重構的有效性。
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP277;TP212.9

【參考文獻】

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本文編號：2722563