《受物理安全感知約束的群系統協同編隊》是依託清華大學，由陳茂銀擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：受物理安全感知約束的群系統協同編隊
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：陳茂銀
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
對於無人機群、艦艇群等實際物理群系統，物理安全與協同編隊是影響自主運行的重要因素。在複雜運行環境下，成員良好的物理安全是實現群系統協同編隊的前提，但物理安全的下降有可能嚴重影響協同編隊的實現。本項目從設備剩餘使用壽命這一表征成員物理安全的基本屬性出發，研究受物理安全感知約束的群系統協同編隊。首先，在具有隱含退化過程的動態系統的框架下，研究成員設備間歇故障的診斷問題，提出嚴格理論意義下的間歇故障診斷方法；進一步，在間歇故障發生次數影響設備性能退化的前提下，研究成員設備剩餘使用壽命的預測問題，並將剩餘使用壽命作為評價成員物理安全的主要指標；最後，在設備剩餘使用壽命分布函式的約束下，研究隨機意義下有限時間內的協同編隊問題，並綜合考慮維護費用、控制成本對協同編隊的影響。本項目致力於取得實際物理屬性驅動的理論研究成果，並在旋翼無人機群實驗平台上進行驗證，從而為實際物理群系統的自主運行提供理論基礎。
結題摘要
項目組主要圍繞設備故障診斷、設備剩餘使用壽命預測以及群系統協同編隊進行了系統性的研究，基本上完成了預期的研究目標。主要取得了如下兩項重要成果。 第一項重要成果：基於變元的微小故障檢測方法。 由於微小故障具有幅值小、持續時間較短等現象，PCA方法很容易將微小故障看作噪聲。項目組直接對測量矩陣進行正交變換，得到了完全正交的變元，能夠設計對微小故障異常敏感的指標。藉助變元，能夠得到了一系列創新性的成果。（1）將變元與時滯技術相結合，提出了動態遞推變元方法，能夠對田納西伊斯曼過程（TEP）故障15的檢測率超過95％，遠優於現有PCA方法以及變體。（2）基於遞推變元統計分析，提出了感測器早期故障的分離方法。與重構貢獻圖等方法相比，具有更優越的分離性能。（3）基於變元的增量，遞推變元能夠解決實際高爐煉鐵過程中的懸料異常檢測問題，極大減少了過程的時變特性的影響常。上述成果發表於Automatica、IEEE Transactions on Industrial Electronics、Journal of Process Control以及Control Engineering Practice上。 第二項重要工作：基於分形布朗運動的剩餘使用壽命預測理論 從實際大型高爐的退化特點出發，凝練出一類全新的性能退化模型，在國際上創造性建立了基於分形布朗運動的剩餘壽命預測理論，克服了傳統的基於布朗運動的預測理論的嚴重缺陷，開闢了剩餘壽命預測的一個新方向。絕大多數現有文獻僅僅採用無記憶效應的馬爾科夫過程來建模退化過程。為了描述實際存在的記憶效應，退化模型中的擴散項由分數布朗運動（FBM）來表示。FBM實際上是一種特殊的非馬爾科夫過程，且具備長程相關性。上述成果已經在IEEE Transactions on Reliability期刊上發表和錄用論文3篇。
