达式中选取相关的状态变量作为对节点运行状态的描述；通过设定门限函数，对节 点的运行状态进行划分，区别正常节点与故障节点；同时单个节点借助步骤一所述的信息 交互模型获得其邻接节点的状态信息，并通过检测算法检测其是否发生故障，形成单节点 的检测结果；
[0013] 步骤三、基于Gossip算法的信息整合与处理：由于通信丢包，时滞等问题的存在， 步骤二中单节点检测结果受环境影响较大，可信度不高；因此利用Gossip算法，将单节点 检测结果进行信息整合，获得可靠性更高的综合检测结果，并将此作为对节点运行状态的 最终判断依据，用以区分正常节点与故障节点；
[0014] 步骤四、面向控制量的补偿量计算与施加：若检测到故障节点，则通过相应操作将 故障节点隔离，同时从故障节点对其邻接节点控制量的影响出发，设计相关的计算方案，获 得补偿量的值，并加至原控制量中，借以抵消故障节点对系统产生的影响；
[0015] 步骤五、设计基于二跳信息的连通性保持：从信息交互模型出发，对故障节点间的 通信内容进行分析，通过利用其中的二跳信息，建立虚拟的信息传输通路，保证故障处理 方案不会影响系统的正常工作。
[0016] 其中所述的故障类型包括毁坏性故障、失控性故障和干扰型故障。
[0017] 与现有方案相比，本发明的优势与创新之处主要有以下几点：
[0018] (1)针对现有方案大多对系统硬件要求较高，需要占用大量计算资源的问题（如 方案1、2中所示），本发明从多智能体系统的基本控制规则着手，充分利用其现有的计算结 果，在占用极少计算资源的条件下，即实现了对邻接节点的实时监测，大大降低了本发明的 应用成本。同时，本发明以少量增加通信内容为代价，通过利用gossip算法，有效克服了随 机信号对故障检测结果的干扰问题（如方案3中所示），这一创新保证了故障检测结果的可 靠性，也使得本发明具有实际应用的价值。
[0019] (2)现有方案对故障节点的隔离与修复研宄不多，大部分都是采用简单的直接终 止通信的方式，且故障修复方案也只适用于线性控制协议（如方案3中所示），应用范围受 到限制。本发明从系统的控制结果入手，设计了一种基于控制量的故障隔离与补偿算法，该 算法充分考虑了系统最为常见的饱和特性，可有效解决非线性控制协议下系统对故障的修 复问题，大大扩展了本发明的适用范围。
[0020] (3)对于系统在故障节点被隔离后如何进行连通性保持的问题，现有方案对此均 没有做深入的研宄。本发明通过借助现有的通信内容和利用gossip算法得到的可靠检测 信息，设计了一种基于二跳信息的系统拓扑结构保持方案，该方案可以保证若故障节点未 脱离正常节点的通信范围，即可借助其传递的邻接节点的信息建立虚拟信息传输通路，保 证系统时刻连通，其正常功能不会因故障节点隔离而被完全破坏。
【附图说明】
[0021] 图1 一多智能体系统拓扑结构图；
[0022] 图2-故障检测方案示意图；
[0023] 图3-基于流目传播（Gossip)算法的彳目息处理方案不意图；
[0024] 图4一节点期望输出与实际输出关系图；
[0025] 图5-利用二跳信息后的系统拓扑结构图；
[0026] 图6-故障1有无处理方案结果对比图；
[0027] 图7-故障2有无处理方案结果对比图；
[0028] 图8-故障3有无处理方案结果对比图；
[0029] 图9-基于信息交互的分布式实时故障检测与补偿控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和实例对本发明做进一步说明：
[0031] 首先给出系统及检测模型：
[0032] 在实际的多智能体系统中，通常将节点的运动信息作为目标进行控制，以求实现 节点的运动状态或是位置分布满足控制要求。对于采用单积分器模型的节点而言，其动力 学模型满足如下形式：
【主权项】
1. 一种基于信息交互的分布式实时故障检测与补偿控制方法，其特征在于，包括如下 步骤： 步骤一、系统及故障建模：所述建模包括节点动力学模型，信息交互模型，典型故障模 型；其中节点动力学模型采用单积分器模型，通过一阶微分方程描述节点的运动状态；信 息交互模型采用无向图描述，即节点间均可以双向通信，各个独立智能体借此进行信息交 互，完成系统控制任务；典型故障模型包括现实中智能体常出现的故障类型； 步骤二、基于信息交互的多智能体实时故障检测：从步骤一所述的节点动力学模型的 表达式中选取相关的状态变量作为对节点运行状态的描述；通过设定门限函数，对节点的 运行状态进行划分，区别正常节点与故障节点；同时单个节点借助步骤一所述的信息交互 模型获得其邻接节点的状态信息，并通过检测算法检测其是否发生故障，形成单节点的检 测结果； 步骤三、基于Gossip算法的信息整合与处理：由于通信丢包，时滞等问题的存在，步骤 二中单节点检测结果受环境影响较大，可信度不高；因此利用Gossip算法，将单节点检测 结果进行信息整合，获得可靠性更高的综合检测结果，并将此作为对节点运行状态的最终 判断依据，用以区分正常节点与故障节点； 步骤四、面向控制量的补偿量计算与施加：若检测到故障节点，则通过相应操作将故障 节点隔离，同时从故障节点对其邻接节点控制量的影响出发，设计相关的计算方案，获得补 偿量的值，并加至原控制量中，借以抵消故障节点对系统产生的影响； 步骤五、设计基于二跳信息的连通性保持：从信息交互模型出发，对故障节点间的通信 内容进行分析，通过利用其中的二跳信息，建立虚拟的信息传输通路，保证故障处理方案不 会影响系统的正常工作。
2. 如权利要求1所述的一种基于信息交互的分布式实时故障检测与补偿控制方法，其 特征在于，其中所述的故障类型包括毁坏性故障、失控性故障和干扰型故障。
【专利摘要】本发明针对目前分布式多智能体系统易发生故障，且无简便可行的实时故障处理方案这一问题，提出一种基于信息交互的分布式实时故障检测与补偿控制方法。步骤一、系统及故障建模：所述建模包括节点动力学模型，信息交互模型，典型故障模型；步骤二、基于信息交互的多智能体实时故障检测；步骤三、基于Gossip算法的信息整合与处理；步骤四、面向控制量的补偿量计算与施加；步骤五、设计基于二跳信息的连通性保持：从信息交互模型出发，对故障节点间的通信内容进行分析，通过利用其中的二跳信息，建立虚拟的信息传输通路，保证故障处理方案不会影响系统的正常工作。
【IPC分类】G05B13-04
【公开号】CN104698839
【申请号】CN201410832047
【发明人】方浩, 陈杰, 李俨
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2014年12月26日