[发明专利]领导-跟随型多智能体系统的有限时间鲁棒故障诊断设计方法

摘要

本发明公开了一种领导‑跟随型多智能体系统的有限时间鲁棒故障诊断设计方法，首先构建具有领导者的多智能体系统连接图并以有向图表示，得出跟随者的Laplacian矩阵L和领导者的邻接矩阵G；再建立每个节点飞行控制系统的状态方程和输出方程，并将状态向量与故障向量增广为新的向量；针对每个节点，根据构建的有向图，构造基于有向图的分布式误差方程与全局误差方程，并基于有限时间鲁棒控制，构造飞行控制系统的有限时间故障诊断观测器，对基于有向图的多智能体执行器故障进行有限时间故障诊断。本发明对控制系统中任意一个节点出现的故障或多个节点同时出现故障时实行有效准确的有限时间在线诊断和故障估计。

主权项

1.一种领导‑跟随型多智能体系统的有限时间鲁棒故障诊断设计方法，其特征在于：包括如下具体步骤：第一步：构建具有领导者的多智能体系统连接图并以有向图表示，得出跟随者的Laplacian矩阵L和领导者的邻接矩阵G；具体方法为：设由若干个顶点ν和若干个边ε组成一个完整的领导者‑跟随者有向图，顶点ν0表示领导者0；顶点νi表示第i个跟随者，i∈(1～N)；边(νi,νj)用来表示跟随者j可以接收跟随者i的信息，反之不可以；定义A＝[aij]∈Rn×n表示该有向图的加权邻接矩阵，其中aij表示每条边的权重；若(νi,νj)∈ε，则aij＞0，否则aij＝0；aii＝0；定义该有向图的领导者的邻接矩阵为G，其中G＝diag(g₁,…,g_N),定义跟随者的Laplacian矩阵L＝G‑A；所述的有向图是指多智能体系统连接图中的每条边都具有连接方向。第二步：建立每个节点飞行控制系统的状态方程和输出方程，并将状态向量与故障向量增广为新的向量；具体方法为对于每个跟随者节点，建立具有故障的系统模型并增广：针对领导者的动态方程：针对跟随者i的动态方程：上述方程(1)、(2)中，x_i(t)和y_i(t)分别是每个跟随者节点的状态向量和输出向量，u_i(t)是各个跟随者节点的控制输入向量；A、B、C分别为所述飞行控制系统的状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵，矩阵H是故障分布矩阵，矩阵D₁为所述每i个跟随者节点飞行控制系统的输入扰动的分布矩阵；f_i(t)为系统故障，ω_i(t)为外界时变扰动向量，且对任意的ω(t)，有ω^T(t)ω(t)≤d₁，d₁≥0；是故障的微分，且对任意的有d₂≥0，其中d₁、d₂为两个非负标量；对于增广后的状态方程，新的状态向量为状态矩阵输入扰动矩阵故障分布矩阵第三步：针对每个节点，根据构建的有向图，构造基于有向图的分布式误差方程与全局误差方程，并基于有限时间鲁棒控制，构造飞行控制系统的有限时间鲁棒故障诊断观测器；所述构造飞行控制系统的有限时间鲁棒故障诊断观测器为：其中，其中y₀(t)和分别是领导者节点的故障诊断观测器的测量输出向量和估计输出向量；是每个跟随者节点故障诊断观测器的测量输出向量；观测器矩阵其中，适维矩阵R和F是所述的有限时间鲁棒故障诊断观测器的增益矩阵；增广后的观测器状态向量将采集到的各个节点飞行控制系统的输出数据送入上述的故障诊断观测器，得到观测器的状态向量，从而得到各个节点的故障估计值以此来对飞行控制系统执行器故障进行在线估计；其中是每个跟随者节点故障诊断观测器的状态向量，是每个跟随者节点系统的执行器故障估计值；第四步：利用上述求得的有限时间鲁棒故障诊断观测器对基于有向图的多智能体执行器故障进行有限时间故障诊断。