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网络控制系统故障检测与诊断 　　摘要：利用通讯网络实现在地域上分布的控制器、执行器及现场传感器之间的信息相互交换，以实现实时反馈的控制系统被称为网络控制系统。本文中，基于数据包丢失的情况，首先对系统进行建模，将故障观测器构建成随机时延切换系统模型。当系统发生故障时，观测器残差会迅速发生跳变，以此达到检测故障的目的。在本文最后，通过仿真验证了该方法的有效性。 　　关键字：数据包丢失；网络控制系统；故障检测；观测器；残差 　　中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 24-0000-03 　　Fault Detection and Diagnosis of Networked Control System 　　Zhuo Min 　　(Zhenjiang Electrical and Mechanical Branch of Jiangsu Union Technical Institute,Zhenjiang212016,China) 　　Abstract:A great deal of attention has been focused on a class of networked control systems (NCS) wherein the control loops are closed through communication networks.This family of systems is an integration of plants, sensors,controllers,actuators and communication networks of certain local field.In this paper,based on the condition of data packet dropout,firstly,a modeling approach of the system is presented,and the fault observer is modeled as a stochastic switching discrete-time linear system with delay.When a fault occurs,the observer residual can change rapidly and detect the occurrence of the fault.Finally,an illustrative example shows the effectiveness of the proposed method. 　　Keywords:Data packet dropout;Networked control system (NCS);Fault detection;Observer;Residual 　　与传统的点对点控制系统相比，网络控制系统具有可实现资源共享、远程控制，具有较高的诊断能力和交互性好、增加系统柔性和可靠性、安装维护方便、减少系统的布线等优点。但由于网络的介入，使得传统的控制系统面临着新的挑战，如网络传输诱导时延、数据包丢失、时钟异步等，因此在利用网络作为信息的传输通道时，数据包丢失和时延等故障检测问题受到了广泛的关注[1-3]。 　　在故障诊断与容错控制方面，网络控制系统和传统控制系统有所不同。在数据传输中存在信息碰撞和网络带宽限制等问题，使得延迟和丢包问题在信息传输中发生，以致网络化控制系统的故障诊断与容错控制变的复杂[4]。网络控制系统的故障诊断与容错控制是具有现实和理论意义的研究课题，关系到国家经济命脉和国防安全的战略性需求，也是提升国家工业基础水平、综合实力和自主创新能力的重要举措[5]。 　　NCS的数据包丢失和时延是NCS中的重要研究课题。鉴于此，文献[6]针对一类具有数据包丢失和时延的NCS设计了保证闭环系统稳定的控制器。考虑到NCS中同时存在数据包丢失和时延的情况，以建立NCS模型来构建故障检测器；最后通过数据仿真验证了本文所描述问题的可行性。 　　一、网络控制系统 　　网络化控制系统NCS(Networked Control Systems)，即将控制系统中至少一个或多个回路经过计算机网络实现闭环的控制[7]。 　　如图1所示的，网络只存在于控制器和执行器之间[8]，所以系统只具有控制时延 ，为上界已知的时变时延。假定NCS的被控对象模型为 　　 (1) 　　其中， 是状态向量； 是输出向量； 是输入向量； 是故障向量，正常情况下 是非零向量； ， ， 是适维常系数矩阵。 　　 　　图1 网络控制系统 　　Fig.1 Networke