基于随机丢包网络的网络存储系统故障检测方法

针对网络随机丢包的特性,研究网络存储系统在带有随机丢包的网络中故障检测失误率高的问题,提出了一种在随机丢包网络中的网络存储故障检测方法。该方法将残差发生、残差评估和误报率引入故障检测中。首先,在系统框架中实现残差发生;然后,充分利用随机丢包的随机特性获得残差评价;最后,通过切比雪夫不等式对所设计的阈值进行性能评价,即误报率的计算,给出了相应的诊断算法。仿真结果表明,该方法对故障具有较高的检测灵敏度,并且也证明了该方法的有效性。     

基于数据驱动残差评价策略的故障检测方法

提出一种基于残差评价策略的故障检测方法,在仅有系统残差数据的基础上,不依赖于系统解析模型进行故障检测,为基于数据驱动方法进行复杂系统的故障检测提供了新的理论依据.为了提高系统故障检测的准确性,在分析故障检测漏报率和误报率的基础上,对故障检测阈值进行优化设计,并通过对车辆电源系统可能发生的励磁系统故障进行故障检测,验证了所提出方法的准确性和有效性.     

一类随机不确定线性系统鲁棒故障检测问题研究

将一类受乘性随机噪声影响线性系统的基于观测器的残差产生器设计归结为随机意义下的H∞-滤波问题，应用线性矩阵不等式技术．推导问题可解的充分条件，给出观测器增益矩阵的求解方法．另外，根据给定的残差评价函数和闻值，判断故障的发生并估计故障的误报率；或给定残差评价函数和容许故障误报率，通过适当的选取阈值把实际的故障误报率限定在容许的范围内．仿真算例验证了所给算法的有效性．     

存在通讯限制的网络控制系统鲁棒故障检测

对一类具有随机丢包和通讯限制的网络控制系统的鲁棒故障检测问题进行研究;考虑控制器到执行器间存在通讯限制以及传感器到控制器间存在数据丢包,并将丢包用Bernoulli随机二进制分布进行描述;在此基础上建立带有故障的离散时间模型,基于所建立的模型设计故障检测滤波器,使得残差系统随机稳定,同时滤波误差系统的H∞范数满足给定的衰减水平;所设计的故障检测滤波器不但保证了残差系统对故障的灵敏,同时对系统的外部扰动输入具有鲁棒性;数值算例验证了文章所提方法是可行的.     

具有丢包、通讯约束的非线性时滞网络化控制系统鲁棒故障检测

针对具有Lipschitz非线性时滞的网络化控制系统,研究系统具有丢包和通讯约束的故障检测问题.利用线性矩阵不等式设计故障检测滤波器,提出一种新的阈值计算方法,使得当系统在外部干扰情况下发生故障时残差评价函数能够迅速超出所设定的阈值,从而检测出执行器故障并使残差误差最小.最后通过仿真研究验证了所提出的方法能够更快速地检测出故障.     

具有随机丢包的非线性网络化控制系统鲁棒故障检测

针对具有随机丢包的Lipschitz非线性网络化控制系统,研究了系统存在外部干扰情况下的鲁棒故障检测问题。由于带宽有限,传感器-控制器和控制器-执行器的网络通道中存在随机数据包丢失,鉴于此,设计一种基于观测器的故障检测滤波器,给出存在故障检测滤波器的充分条件,使误差系统均方指数稳定并达到鲁棒H∞干扰抑制水平,同时给出基于观测残差均方值的故障检测策略。通过仿真算例验证了所提出方法的有效性。     

考虑输出量化的控制系统传感器故障检测

针对一类考虑输出均匀量化的控制系统,研究了传感器故障下的故障检测问题.首先,从优化的角度出发,考虑残差对未知干扰的鲁棒性和对传感器故障灵敏性之间的折中问题,给出了H∞/H∞性能指标,并通过求解代数黎卡提方程得出最优残差生成器的增益矩阵;然后,利用量化误差的随机过程特性,设计了残差评价器,同时给出了所设计阈值误报率的上确...     

具有随机丢包的一类网络控制系统的故障检测

针对存在随机数据包丢失的网络环境,研究了一类网络控制系统的故障检测问题.考虑随机丢包同时发生在传感器与控制器以及控制器与执行器之间,将网络控制系统建模为含有4个模态的马尔可夫跳变线性系统.基于此类模型,构造了系统的残差发生器,相应的故障检测问题转化为H∞滤波问题.利用马尔可夫跳变线性系统理论,设计了故障检测滤波器,使得...     

基于X2统计检验的线性离散时滞系统故障检测

基于X2统计检验,研究了一类含状态时滞线性离散时变系统的故障检测问题. 与基于残差的传统故障检测方法不同, 本文直接应用测量输出构造残差评价函数, 并通过投影与新息分析, 得到了残差评价函数的Riccati递推解. 分析表明, 该方法有效降低了残差评价函数的计算量, 并且在无故障发生情况下服从X2分布. 进一步, 通过X2统计检验可以判断系统是否有故障发生. 最后,通过一算例验证了提出方法的有效性.     

线性随机系统的微小传感器故障检测

针对一类线性随机系统,研究了其微小传感器故障检测问题.基于Kalman滤波算法构造状态估计器,利用移动加权平均方法设计残差与评价函数.根据非中心卡方分布的性质,分析了故障幅值、窗口长度、误报率和漏报率之间的关系.采用不等式技术,得到了确保在统计意义下微小故障可检测性的最优权值和最小窗口长度.最后,通过一个仿真实例验证了所提方法的有效性.     

Residual generation and evaluation of networked control systems subject to random packet dropout

In this paper, we address fault detection for networked control systems subject to random packet dropout. The packet dropout is assumed to be existing in the sensor-to-controller link and the controller-to-actuator link. Both parity space and observer based residual generation and evaluation approaches are proposed. In parity space based fault detection scheme, a new optimization index is proposed to deal with stochastic system parameters caused by random packet dropout, while in observer based scheme, this is accomplished by introducing a reference model. In order to evaluate performance of the designated threshold, the corresponding false alarm rate is given. The two fault detection schemes can ensure both robustness to packet dropout as well as disturbance and sensitivity to fault. An experimental study is employed to verify that the proposed method performs better than the existing approaches.     

数据包丢失的无线网络控制系统的故障检测

针对一类具有数据包丢失的无线网络控制系统,根据数据包丢失和未丢失的情况,同时结合无线网络控制系统数据传输过程中时延的特点,设计了具有时延补偿功能的鲁棒H∞观测器进行故障检测。当系统未发生故障且不存在未知扰动时,系统是稳定的,当存在未知扰动时,系统满足一定的H∞性能。为了及时检测系统的故障并减小系统故障的误报率,设计了残差评价信号,当系统发生故障,残差评价信号即刻超过指定值,系统检测出故障。所得结果通过仿真示例得到了验证。     

A fault detection scheme for linear discrete-time systems with an integrated online performance evaluation

This paper is concerned with the design of the fault detection systems, into which a residual generation, evaluation and threshold are integrated, for linear discrete time-varying processes over a finite horizon. In the proposed design scheme, the residual generation is realised in the context of H_∞ fault estimation with a prescribed attenuation level. This attenuation level is minimised by using the Krein-space linear estimation theory and, subsequently, an H_∞ fault estimator with the minimum attenuation level is designed in terms of the solution to a set of Riccati-like recursions. For the residual evaluation and decision making purpose, the false alarm rate and fault detection rate indicators are introduced in the norm-based framework, which is integrated into the decision making procedure. For the online computations of the false alarm rate and fault detection rate indicators, further estimates delivered by the H_∞ fault estimator are applied without additional (online) computations. By means of checking the change in the false alarm rate and fault detection rate indicators, a decision is then made. In this way, the fault detection performance can be significantly improved. Finally, one application example is exploited to demonstrate the application of the proposed integrated fault detection and performance evaluation schemes.     

有界丢包网络控制系统的稳定性与能稳性

主要讨论有界丢包网络控制系统的稳定性与能稳性. 基于迭代方法将有界丢包网络控制系统建模为一个跳变系统. 由于网络的复杂性, 跳变系统状态转移矩阵的部分元素无法获得, 因此, 我们考虑的这种情况更具有一般性. 并且本文考虑的丢包同时存在于前馈和反馈通道. 最后, 数值例子表明本文方法的有效性.     

针对凹陷轮廓改进的主动轮廓模型

研究短时延网络控制系统在具有数据包丢失情况下的故障检测问题。在丢包率一定的情况下,针对系统成功传输和丢包的情况分别设计故障观测器,将观测器误差方程建模为具有多个事件的异步动态系统,应用线性矩阵不等式方法推导出具有数据包丢失率约束的误差系统指数稳定的条件。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于分布式融合的FDI攻击信号快速检测方法

研究带宽受限下信息物理系统中虚假数据注入(false data injection,FDI)攻击的检测问题.首先,将执行器遭受的FDI攻击信号建模为系统的未知输入信号,基于给定的$H_\infty$性能指标,设计局部残差产生器以实时逼近攻击信号.其次,为提高检测系统预警速度,在分布式融合框架下将所有经对数量化后的残差信号发送至检测中心,并设计优化目标将分布式加权融合准则的求解问题转化为线性矩阵不等式形式下的凸优化问题.与单个传感器情况下的检测方法相比,基于分布式融合方法所确定的检测阈值更加精准,从而可大幅度提高对攻击信号的预警速度.最后,通过移动目标系统的仿真验证所提方法的有效性.     

基于恒虚警准则的伪码并行捕获门限设置

对含有非相干累加处理的伪码并行捕获算法,其检验量服从中心χ2分布,难以获得门限的闭合表达式.常见的门限设置方法存在无法保证虚警概率的问题.本文提出一种基于恒虚警率(Constant false alarm rate,CFAR)准则的门限设置方法.在分析检验量统计特性的基础上,利用高斯分布合理地近似真实分布,得到高斯近似门限,并对不同虚警概率和非相干累加次数组合下的真实门限与高斯近似门限之间的误差进行分析和归纳,得到了参考门限的闭合表达式.仿真结果表明使用该门限设置法进行捕获判决,得到的虚警概率符合恒虚警概率准则,并能保证系统要求的虚警概率指标.