基于状态观测器的复杂动态网络故障诊断

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20世纪90年代以来,复杂动态网络理论及其应用,已成为研究热点之一。目前的研究中,大多数基于网络拓扑已知的情况。然而现实中,拓扑结构常是未知的。因此,如何辨识网络拓扑,并监控网络拓扑结构的变化,来进行故障诊断,具有相当重要的意义。现有的拓扑辨识与监控的研究中,有的假设网络节点动态性函数可以用线性随机模型表示,但如果网络节点模型更加复杂,该方法将无法应用;有的利用每个节点的第一个状态变量进行耦合,并设计观测器来辨识和监控网络拓扑,但这种方法难以扩展到一般情况,即网络节点的动态性函数用一般的非线性系统表示时;有的利用所有节点的所有状态变量来设计观测器,但如果一部分状态变量不可测,该方法将无法应用。   本文利用节点输出变量(标量)作为反馈变量来设计观测器,对目标网络拓扑结构变化进行监控,使观测器的设计简单化,在工程上易于实现。节点的输出变量是状态变量的线性组合,在现实工程中是可测的。基于Lyapunov稳定性理论,我们得到设计观测器的条件,并用Lorenz电路进行仿真,验证本方法的效果。本研究主要内容包括:首先,介绍复杂动态网络的基本概念、两种耦合模型,网络同步的定义及相应的控制方法;其次,介绍现有的几种网络拓扑辨识及监控的方法;最后,针对节点输出线性耦合网络,利用节点输出变量设计观测器,实时监控拓扑变化来进行故障诊断,并将此方法推广到输出耦合时延网络。
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