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基于Round-Robin协议网络化系统的故障检测

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信息与控制 2019年第5期48卷 595-602页

作者：汪浩姜顺潘丰江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室

针对基于round-robin通信协议网络化控制系统的鲁棒故障检测问题,考虑传感器饱和以及外部干扰,提出了一种通信协议约束下故障检测滤波器的设计方法.利用李亚谱诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式技术得到故障检测滤波器存在的充分条件,通... 详细信息

针对基于round-robin通信协议网络化控制系统的鲁棒故障检测问题,考虑传感器饱和以及外部干扰,提出了一种通信协议约束下故障检测滤波器的设计方法.利用李亚谱诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式技术得到故障检测滤波器存在的充分条件,通过求解具有凸约束的优化问题得到最优滤波器参数.所设计的故障检测滤波器不仅能够确保滤波误差系统均方渐进稳定且有较强的扰动抑制能力.通过数值仿真和DTS200三容水箱液体渗漏检测实验验证了该方法的有效性.

关键词：网络化控制系统 Round-Robin协议故障检测滤波器传感器饱和 DTS200

Round-Robin协议下非线性时变系统的保概率H_(∞)滤波

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吉林大学学报（信息科学版） 2023年第1期41卷 23-29页

作者：康朝海孙萌任伟建霍凤财孙勤江陈建玲东北石油大学电气信息工程学院黑龙江大庆163318 东北石油大学黑龙江省网络化与智能控制重点实验室黑龙江大庆163318 中海石油(中国)有限公司天津分公司天津300450

针对实际系统存在各种不可预知的扰动,造成系统很难精确地达到期望的各项性能指标,研究了基于Round-Robin协议的一类非线性时变系统的保概率H_(∞)滤波问题。利用概率约束H_(∞)性能指标,使该系统更贴近实际工程应用。同时,考虑在数据... 详细信息

针对实际系统存在各种不可预知的扰动,造成系统很难精确地达到期望的各项性能指标,研究了基于Round-Robin协议的一类非线性时变系统的保概率H_(∞)滤波问题。利用概率约束H_(∞)性能指标,使该系统更贴近实际工程应用。同时,考虑在数据传输过程中产生的网络拥塞和资源占用现象,采用Round-Robin协议对网络节点间的数据传输进行调度。考虑信号从传感器至待设计滤波器传输过程中具有非线性扰动,构造保概率非脆弱H_(∞)滤波器。其不确定参数由服从均匀分布且相互独立的随机变量控制,同时通过寻求线性矩阵不等式工箱设计能在概率约束下保证性能要求的滤波器。利用递推线性矩阵不等式方法求解保概率H_(∞)滤波问题。最后,通过仿真示例,证明所提出的滤波方案的有效性。

关键词：保概率 Round-Robin协议非线性非脆弱

网络攻击下基于Round-Robin协议的数字化电力网络的递推状态估计

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综合智慧能源 2022年第12期44卷 1-10页

作者：李新程凯杰朱良宽东北林业大学机电工程学院哈尔滨150040

研究了一类在round-robin(RR)协议下遭受网络攻击的数字化电力网络的递推状态估计问题。数字化电力网络中状态估计器和传感器之间的数据传输过程存在被攻击者监听的风险。设计了一种可应用于数字化电力网络的递推状态估计器,能够在保证... 详细信息

研究了一类在round-robin(RR)协议下遭受网络攻击的数字化电力网络的递推状态估计问题。数字化电力网络中状态估计器和传感器之间的数据传输过程存在被攻击者监听的风险。设计了一种可应用于数字化电力网络的递推状态估计器,能够在保证误差协方差上界的同时,减少网络攻击对状态估计精度的影响;构建了一个含有拒绝服务(DoS)攻击和欺骗攻击的网络攻击模型,并采用RR协议来处理网络堵塞问题;利用代数黎卡提方程方法和随机分析方法,推导误差协方差的上界;最后,通过数值仿真验证了所提出的递推状态估计器设计方案的有效性。

关键词：递推状态估计数字化电力网络非线性系统网络攻击 Round-Robin协议

一种Round-Robin协议下的复杂网络状态估计器设计

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机电信息 2019年第20期 94-96页

作者：胡本钧 91550部队

复杂网络中广泛存在的时滞现象会造成系统性能恶化,严重时会导致系统性能不稳定,这使复杂网络的状态估计问题成为当前的研究热点之一.现针对复杂网络庞大的节点数量给网络信息传输造成的巨大压力,研究考虑时滞情况下复杂网络的状态估计... 详细信息

复杂网络中广泛存在的时滞现象会造成系统性能恶化,严重时会导致系统性能不稳定,这使复杂网络的状态估计问题成为当前的研究热点之一.现针对复杂网络庞大的节点数量给网络信息传输造成的巨大压力,研究考虑时滞情况下复杂网络的状态估计问题,结合存在的问题,提出了一种在Round-Robin协议影响下的复杂网络估计器的参数设计方法,通过给出的保证估计误差在均方意义下最终有界的充分条件,求解出一个最优化问题,并得到与之对应的估计器参数,从而保证输出的估计误差在均方意义下的渐近上界最小,并通过Matlab仿真软件进行仿真试验,结果显示该方法是有效的.

关键词： Round-Robin协议复杂网络状态估计有效性

基于通信协议的时变系统的全对称多胞形集员估计

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基于通信协议的时变系统的全对称多胞形集员估计

作者：郅玉福杭州师范大学

学位级别：硕士

状态/故障估计问题一直是信号处理和控制系统领域的一个重要研究问题。其中,全对称多胞形集员估计方法由于在计算复杂度和估计精度间出色的平衡性获得了学者们广泛的关注。此外,随着网络技术的进步,网络化的系统更为普遍。对于网络化的... 详细信息

状态/故障估计问题一直是信号处理和控制系统领域的一个重要研究问题。其中,全对称多胞形集员估计方法由于在计算复杂度和估计精度间出色的平衡性获得了学者们广泛的关注。此外,随着网络技术的进步,网络化的系统更为普遍。对于网络化的系统,信息传输往往是通过资源受限的通信网络媒介完成的。因此,对于全对称多胞形集员估计问题,如何恰当的引入高效的通信协议同样是不容忽视的问题。由于实际生产中时变系统的普遍性,因此在基于通信协议的全对称多胞形集员估计问题中,系统的时变性是一个不可忽视的特征。综上,本文集中于基于通信协议的时变系统的全对称多胞形集员估计问题的研究,主要工作包括:1.研究了一类受未知但有界的扰动和噪声影响的基于动态事件触发机制的多速率网络系统的全对称多胞形集员状态估计问题。为了在执行期望的网络估计任务时节约有限的通信资源,引入了一种动态事件触发机制以显著降低传感器数据的传输频率。该问题的一个关键问题是构造一个全对称多胞形外部估计集来包含与受扰动的系统模型和有噪声的测量输出相一致的状态集。借助“预测-更新-校正”方法,设计了一种保证能够包含所有可能的系统状态的全对称多胞形。然后,通过在每次迭代中恰当地设计所引入的校正矩阵来最小化该全对称多胞形的尺寸。另外,还分析了该方法的估计性能,进一步建立了保证所得到的全对称多胞形尺寸有界的充分条件。最后,通过一个算例验证了该方法的有效性。2.研究了一类受未知但有界的扰动和噪声影响的Round-Robin协议下离散时变工业信息物理系统的全对称多胞形集员状态与故障估计问题。首先,为了减少资源消耗,引入了一种Round-Robin协议来调度本地传感器和远程估计器之间的数据传输。其次,提出了一种全对称多胞形集员估计算法,以保证不可获得的系统状态和故障信号在每一个时刻都能被同时估计且被包含在一个全对称多胞形中。随后,在每次迭代中,通过恰当地选择校正矩阵使该全对称多胞形的尺寸最小化。此外,本文还给出了所设计的全对称多胞形集员估计算法的稳定性和性能分析。最后,通过两个仿真实例验证了所得到的理论结果。

关键词：全对称多胞形集员估计状态估计故障估计动态事件触发机制 Round-Robin协议时变系统

基于概率约束目标的网络控制系统的跟踪控制研究

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基于概率约束目标的网络控制系统的跟踪控制研究

作者：魏斌上海理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着科学技术的飞速发展,以计算机网络为媒介的信息化时代正推动着以传统工业、钢铁、电力等为代表的复杂工业控制系统向信息物理系统深度融合的方向迈进,由此,催生出一种新型控制系统—网络化控制系统。该系统自问世以来很快在... 详细信息

近年来,随着科学技术的飞速发展,以计算机网络为媒介的信息化时代正推动着以传统工业、钢铁、电力等为代表的复杂工业控制系统向信息物理系统深度融合的方向迈进,由此,催生出一种新型控制系统—网络化控制系统。该系统自问世以来很快在军事、航天、导航制导等领域得到了广泛应用。然而,复杂多变的网络环境也带来了诸如网络攻击、传输受限等一系列新的问题,给设计满足期望性能指标的观测器/控制器带来了全新挑战。本文针对一类非线性网络化控制系统,考虑网络攻击以及测量野值等网络情况,设计跟踪观测器和控制器使其满足给定的概率约束目标。主要工作如下:研究一类在概率约束、网络攻击以及测量野值下的非线性网络化系统的跟踪控制器设计问题。首先,综合考虑非周期拒绝服务攻击和测量野值的影响,设计基于饱和函数的观测器来削弱野值带来的影响。本文设计的概率约束跟踪控制器可以确保跟踪误差落在给定椭球集合的概率低于给定值,且使得到的椭球在矩阵范数意义下最小。其次,借助矩阵运算法则得到估计误差和跟踪误差分别满足方差约束和概率约束的充分条件,并借助Matlab求解估计器和控制器参数。最后通过数值仿真展示了所设计的跟踪控制器方案的可靠性和有效性。讨论了round-robin(RR)通信协议及欺骗攻击下网络化控制系统的跟踪控制问题。首先,为了缓解通讯网络计算负担,本文引入RR协议来调度网络数据传输,且在考虑欺骗攻击下设计跟踪控制器,保证跟踪误差超过给定阈值的概率低于一个预先给定的值。此外,借助于递推线性矩阵不等式方法,可以得到满足概率约束性能指标的充分条件以及预期的控制器和估计器参数矩阵。最后,通过两个仿真例子验证所设计方案的有效性。

关键词：网络控制系统概率约束 Round-Robin协议网络攻击测量野值线性矩阵不等式

基于部分节点信息的复杂网络的状态及故障估计

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基于部分节点信息的复杂网络的状态及故障估计

作者：张文华中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

现实世界中大量复杂系统都可以通过复杂网络加以描述,如计算机系统、电力系统、人际关系网等。随着工业互联和信息融合技术的发展,为减小故障对系统性能的影响,规避系统瘫痪风险,复杂网络的分布式故障及状态估计逐渐成为研究热点之一。... 详细信息

现实世界中大量复杂系统都可以通过复杂网络加以描述,如计算机系统、电力系统、人际关系网等。随着工业互联和信息融合技术的发展,为减小故障对系统性能的影响,规避系统瘫痪风险,复杂网络的分布式故障及状态估计逐渐成为研究热点之一。复杂网络具有高度的复杂性,不仅直观表现在网络节点数目庞大、连接多样造成的复杂网络结构,还表现在网络中信息传播、网络演化、稳定性和同步性等的复杂动态特性。受通信带宽限制、网络攻击以及其它因素影响,各节点在通信过程中可能会出现时滞、测量缺失、数据冲突等现象,这些网络化诱导现象导致复杂网络实际获取的信息仅来自部分节点,为系统的状态及故障估计带来挑战,因此需要提出新方法来解决这些问题。本文旨在研究部分节点信息已知的复杂网络的状态及故障估计问题。主要工作可以分为以下三个部分:1.研究了具有部分可解耦干扰的时滞复杂网络的故障估计问题。考虑到节点之间通信受限,采用循环(RR)协议防止网络中的数据冲突,在每个传输时刻,各个节点仅能接收到各自邻接节点中一个节点的信息。基于分布式故障诊断方法,利用邻接节点的信息为每个节点设计未知输入观测器,将部分扰动解耦,并且推导出不可解耦扰动存在时,系统估计误差满足均方指数最终有界的充分条件。最后通过求解线性矩阵不等式,得到未知输入观测器增益。2.研究了具有随机缺失测量的离散复杂网络的故障估计问题。系统测量值是随机缺失的,其缺失由满足一定概率分布的一系列随机变量表征。针对具有非线性和干扰的复杂网络,设计由测量值构成的故障估计器,利用随机分析法,求得使增广系统均方指数稳定且满足H性能约束的充分条件。利用线性矩阵不等式理论,求解出其中的故障估计器参数。3.研究了基于部分节点的时变复杂网络的弹性滤波问题。很多情况下,复杂网络的测量值仅来自固定的一部分网络节点,而并非所有节点,因此设计基于部分节点测量输出的滤波器非常有意义。为了减小滤波器参数不精确对状态估计的影响,考虑了弹性滤波。利用配平方法,使得估计误差在有限时域内满足H性能约束。最后通过求解一组后向递推Riccati差分方程得到弹性滤波器参数。

关键词：复杂网络状态估计故障估计 Round-Robin协议缺失测量部分节点输出

网络化系统的状态估计与优化控制 ——基于神经网络的方法

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网络化系统的状态估计与优化控制 ——...

作者：舒以婉东南大学

学位级别：硕士

网络化控制系统通过无线网络连接系统中的各个节点,不可避免地受到网络环境的制约。由于节点众多、带宽有限等原因,数据包在传输过程中可能会发生丢包现象。为了减少数据拥塞现象、节约通信资源,通常采用网络通信协议来调度各个节点使... 详细信息

网络化控制系统通过无线网络连接系统中的各个节点,不可避免地受到网络环境的制约。由于节点众多、带宽有限等原因,数据包在传输过程中可能会发生丢包现象。为了减少数据拥塞现象、节约通信资源,通常采用网络通信协议来调度各个节点使其有效占用网络资源。此外,网络恶意攻击是造成通信失效的另一因素,研究如何确保网络化控制系统的安全性具有重要的意义。在现有研究中,一般仅考虑网络环境中单一的干扰,若同时考虑网络环境中多种干扰的叠加,这对研究网络化控制系统的估计和优化控制问题而言,是一个大的挑战。在实际应用中,网络化控制系统中可能包含未知的非线性项,我们构建基于神经网络的观测器来逼近未知的非线性函数,并有效估计系统的状态。除此之外,由于在优化控制过程中求解Hamilton-Jacobi-Bellman方程依然是个难题,我们借用Actor-Critic模式的控制器作为其替代方案,完成优化成本函数的最优控制设计。在该模式下,所用的Actor神经网络和Critic神经网络中权值的自适应律更新方法是基于梯度下降的思想而设计的,可以实现优异的优化控制效果,从而提升网络性能。本文的主要工作如下:（1）研究了一类具有输出随机丢包情况的非线性切换系统的状态估计和优化控制问题。考虑到未知的非线性项和丢包情况为系统带来的不确定性影响,提出了一种基于神经网络的观测器来重构系统的状态,并设计了相应的自适应更新律;通过求解矩阵不等式得到观测器增益矩阵的设计方案,使得观测误差在均方意义下有界稳定。随后,在状态估计的基础上,设计了基于Actor-Critic模式的控制方案,通过对权值自适应更新律中相关参数的适当选取,可以使得含有终端约束的成本函数达到最优值。最后,给出了一个仿真实例来说明该控制方案的可行性。（2）研究了一类具有round-robin（R-R）传输协议受欺骗攻击的非线性系统的状态估计和优化控制问题。考虑到R-R协议的周期特性和欺骗攻击造成的概率性丢包现象,我们首先给出了R-R协议和欺骗攻击下系统的真实输出模型。其次,通过构建基于神经网络的Luenberger型观测器,有效估计了原系统的状态。进而,设计了基于Actor-Critic模式的控制方案及相关自适应律,使得成本函数在终端约束下具有最优值;最后,通过一个仿真实例,验证了所采用的神经网络控制方案的适用性。

关键词：网络化系统丢包 Round-Robin协议欺骗攻击神经网络状态估计 Actor-Critic模式成本函数优化控制

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基于传感器网络的复杂系统分布式估计

基于传感器网络的复杂系统分布式估计

作者：陈聪杭州电子科技大学

学位级别：硕士

由于传感器件成本低廉、便于布置等优势,传感器网络广泛应用于各个学科领域。然而在实际工程中,由于恶劣的环境干扰、传感器部件的老化和故障等,传感器网络经常受到一些随机发生的现象影响,如随机增益变化、随机非线性等现象,这些都会... 详细信息

由于传感器件成本低廉、便于布置等优势,传感器网络广泛应用于各个学科领域。然而在实际工程中,由于恶劣的环境干扰、传感器部件的老化和故障等,传感器网络经常受到一些随机发生的现象影响,如随机增益变化、随机非线性等现象,这些都会导致系统的性能降低,甚至造成系统不稳定。此外,伴随传感器网络系统产生的一些网络化现象如网络诱导时延、测量丢失等,也是需要考虑的因素。因此,对基于传感器网络的复杂系统分布式估计研究具有重要的理论和应用价值。本文将研究基于传感器网络的复杂系统分布式估计,包括具有随机增益变化的非脆弱H∞滤波和l2-l∞滤波,以及基于Round-Robin协议的非线性系统指数估计。主要内容如下:第一部分,研究具有随机发生增益变化的分布式非脆弱H∞滤波。首先,考虑加性滤波器增益随机不确定性,利用已知期望和方差的随机变量表示增益变化的随机性。然后,基于凸优化方法,利用Lyapunov函数方法和随机分析方法,得到增广滤波误差系统H∞性能分析结论。接着,设计出分布式非脆弱H∞滤波器,并解决增益矩阵的稀疏性问题。第二部分,研究具有随机增益变化和测量衰减的分布式非线性系统非脆弱l2-l∞滤波。与上一部分的测量方程不同,在这部分中考虑了具有测量衰减现象的情况,测量衰减系数由已知统计特性的任意随机序列表示。首先,基于Lyapunov方法,给出了分布式非脆弱l2-l∞滤波器的设计方法,保证滤波误差系统均方指数稳定且具有给定的l2-l∞性能指标。第三部分,研究基于Round-Robin协议的非线性系统分布式指数估计。与前两部分不同,为了解决传感器网络由于数据量太大而导致的网络拥塞等问题,这部分引入了Round-Robin协议,并且考虑了更为一般的单边Lipschitz非线性。首先,通过构造一个指数型Lyapunov函数,给出了在Round-Robin协议下的非线性增广系统均方指数有界条件,并可得到指数衰减系数、衰减率和上界的估计。然后,设计得到了一个分布式指数估计器。第四部分,总结与展望。

关键词：分布式滤波非脆弱滤波 H∞滤波 l2-l∞滤波随机增益变化单边Lipschitz Round-Robin协议