一种基于多智能体技术的分布式飞行控制系统故障诊断设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于多智能体技术的分布式飞行控制系统故障诊断设计方法，其特征在于它包括：第一步构建具有领导者的多智能体系统连接图并以无向图表示，得出拉普拉斯矩阵L：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：第三步针对每个节点，构造基于无向图的分布式误差方程与全局误差方程：第四步根据构建的无向图，采集到的飞行控制系统的状态方程和输出方程以及构造的全局误差方程，得到一种飞行控制系统的分布式故障诊断观测器增益矩阵。本发明设计了多目标的分布式故障诊断观测器，可实现系统中任意一个节点出现故障或多个节点同时出现故障时的在线诊断，还可对飞行控制系统进行在线故障诊断、实时的故障估计。
【专利说明】一种基于多智能体技术的分布式飞行控制系统故障诊断设 计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于多智能体系统【技术领域】，特别是涉及一种基于多智能体技术的分布式 飞行控制系统故障诊断设计方法。
【背景技术】
[0002] 多智能体系统（Multi-Agent Systems, MAS)是指由一系列具有局部感知能力、有 限处理能力以及相互间通信能力的个体组成的系统。系统中的个体能够通过和其他个体的 通信，运用各自能力相互协作，来完成共同的目标。自然界有很多系统可以视为多智能体系 统，例如飞行器编队飞行，分布式计算、机器人协作等。近年来，多智能体系统的控制问题得 到了越来越多研究人员的关注。单一飞行器感知和执行能力有限，如在面对大面积区域搜 索等一些较为繁重的任务时，效率很低；对于一些复杂的任务，甚至无法完成。若采用飞行 器编队飞行，让多架飞行器协同工作，就能够有效地克服单一飞行器的缺陷，高效地完成复 杂繁重的飞行任务。因此，基于多智能体系统的分布式飞行器协同飞行技术具有广泛的应 用前景。
[0003] 中国专利申请201310541339. 8提出了 "一种基于有限频域飞行控制系统渐变故 障的诊断设计方法"，该方法在于首先采集该飞行控制系统的状态方程和输出方程；其次 构造误差方程、增广误差方程以及故障诊断观测器增益矩阵；然后根据采集到的该飞行控 制系统的状态方程和输出方程以及构造的误差方程、增广误差方程和故障诊断观测器增益 矩阵，得到一种离散时间飞行控制系统的故障诊断观测器。利用该故障估计观测器可对飞 行控制系统进行故障估计。该方法基于渐变故障频率范围较低的特点，在外界高频的扰动 下，针对飞行控制系统模型，设计了基于有限频的多约束故障诊断观测器，降低了传统的在 全频域设计方法的保守性。但该方法还存在以下不足：一是该方法是针对单架飞行器来设 计故障诊断算法，不适用于多架飞行器协同飞行时多个跟随者系统同时出现故障的情况； 二是该方法构造的误差方程仅有使用单架飞行器的测量输出数据，没有构建基于连接图的 全局误差方程，不适用于对多个跟随者系统协同飞行时彼此之间的拓扑通讯误差信息的诊 断；三是该方法是基于鲁棒H c?性能来设计，没有考虑系统对能量有界信号的传递特性，所 以应用范围受到很大的限制。
【发明内容】
[0004] 本发明是为克服现有技术的不足而提供一种基于多智能体技术的分布式飞行控 制系统故障诊断设计方法，本发明设计了多目标的分布式故障诊断观测器，可实现分布式 飞行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的在线诊断，还可对 飞行控制系统进行在线故障诊断和实时的故障估计。
[0005] 根据本发明提出的一种基于多智能体技术的分布式飞行控制系统故障诊断设计 方法，它包括如下具体步骤：
[0006] 第一步：构建具有领导者的多智能体系统连接图并以无向图表示，得出拉普拉斯 矩阵L :
[0007] 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：
[0008] 第三步：针对每个节点，构造基于无向图的分布式误差方程与全局误差方程：
[0009] 第四步：根据构建的无向图，采集到的飞行控制系统的状态方程和输出方程以及 构造的全局误差方程，得到一种飞行控制系统的分布式故障诊断观测器增益矩阵，具体设 计如下：
[0010]
【权利要求】
1. 一种基于多智能体技术的分布式飞行控制系统故障诊断设计方法，其特征在于它包 括如下步骤： 第一步：构建具有领导者的多智能体系统连接图并以无向图表示，得出拉普拉斯矩阵L： 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： 第三步：针对每个节点，构造基于无向图的分布式误差方程与全局误差方程： 第四步：根据构建的无向图，采集到的飞行控制系统的状态方程和输出方程以及构造 的全局误差方程，得到一种飞行控制系统的分布式故障诊断观测器增益矩阵，具体设计如 下：
将采集到的各个节点飞行控制系统的输出、输出数据送入上述的故障诊断观测器， 得到各个节点的故障估计值/;(0，从而对飞行控制系统执行器故障进行故障估计；其中： AW和yjt)分别是领导者节点的故障诊断观测器输出向量和测量输出向量；和.MO分别是每个跟随者节点故障诊断观测器的状态向量和测量输出向量，ujt)和yi(t)分别 是各个跟随者节点的输入向量和输出向量；i(:(0是每个跟随者节点系统的执行器故障估计 值，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，适维矩阵R和F是所述的故障诊断观测器增益矩阵。
2. 根据权利要求1所述的一种基于多智能体技术的分布式飞行控制系统故障诊断设 计方法，其特征在于第一步所述无向图是指多智能体系统连接图中的每条边都是不设连接 方向的。
3. 根据权利要求1所述的一种基于多智能体技术的分布式飞行控制系统故障诊断设 计方法，其特征在于第二步所述每个节点飞行控制系统的状态方程和输出方程，其实现方 法是对非线性飞行控制系统在线工作点进行线性化所得到。
4. 根据权利要求1所述的一种基于多智能体技术的分布式飞行控制系统故障诊断设 计方法，其特征在于第三步所述分布式误差方程的实现方法是： 假设领导者节点〇的全状态可测，可知九(/)-凡(0 = 〇;基于该假设，对于第i个跟随者 节点，令：状态估计误差=天(〇-功），故障估计误差％(，)=尤(，)-./;(〇 ,输出估计误差\(0二免《-对0，则第1个跟随者节点的误差方程表示：
5.根据权利要求1所述一种基于多智能体技术的分布式飞行控制系统故障诊断设计 方法，其特征在于第三步所述全局误差方程的实现方法是： 定义全局变量：
全局误差方程可表示：
其中，?表示克罗内克积。
6.根据权利要求1所述一种基于多智能体技术的分布式飞行控制系统故障诊断设计 方法，其特征在于第四步所述故障诊断观测器增益矩阵R和F，通过求解如下的线性矩阵 不等式获取：对于给定的H2范数性能指标Y和圆盘区域《>(cr,r);如果存在对称正定矩阵 Fe-Fl ,对称矩阵Zeli-和矩阵FeII-"满足：
误差动态系统满足H2性能和+ 的特征根位于
f 、则分布式观测器矩阵_ _P根据 得到所述故障诊断观测器的增益矩 O(a,r), R=P-1Y； 阵R和F;上述矩阵都满足矩阵的运算法则。
【文档编号】G05B23/02GK104267716SQ201410470343
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】张柯, 姜斌, 徐锦法 申请人:南京航空航天大学