CN113110383A - 一种城市水务系统供水故障检测方法 - Google Patents

一种城市水务系统供水故障检测方法 Download PDF

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CN113110383A CN202110395780.4A CN202110395780A CN113110383A CN 113110383 A CN113110383 A CN 113110383A CN 202110395780 A CN202110395780 A CN 202110395780A CN 113110383 A CN113110383 A CN 113110383A
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Abstract

本发明公开了一种城市水务系统供水故障的检测方法，包括如下步骤：步骤1、对水务系统模型进行数据采集，并建立城市水务供水系统的网络状态空间切换正系统模型；步骤2、构造水务系统在供水不足的事件触发条件；步骤3、针对切换正系统设计一种事件触发故障检测滤波器，对水务系统供水情况和故障实时监测，保证系统安全运行。本发明方法可以有效地解决城市水务供水系统中水阀、水泵等故障难以及时检测的难题。

Description

一种城市水务系统供水故障检测方法
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，尤其是涉及一种水务系统阀门和泵站发生故障时的可靠检测方法，可应用于城市水务供排水系统。
背景技术
水资源是一种有限的自然资源。随着城市的快速发展，城市用水需求快速增加，一些城市水资源明显不足。如何合理利用与管理有限的水资源是开源节流、满足城市水需求的关键。城市水资源需求不同于其它区域，城市用水要求水量大、质量高、供水保证率高。城市水务系统管理着整个城市的生产生活供水，为了使城市水资源合理地储存与利用，必须保证城市水务系统供水设备的安全运行。城市水务管网供水系统通常由水源、泵站、供水箱、水管阀门和供水管网等组成，其中，泵站和水管阀门的正常运行对供水尤为重要。由于城市水务管网和水管阀门数量多，且大多数埋于地下不易监测。若出现故障，难以排查，处理不及时可能出现缺水、停水等问题，甚至导致水务系统供水失控。综上，提出一种可靠的城市水务系统故障检测方法以对水务管网系统实时检测具有重要意义。
由于城市水务系统中水管阀门开度、水箱中水的容量都是非负的，这类由非负变量组成的系统用正系统建模更为准确。图1(见说明书附图)给出了某区域的供水系统示意图，其中，用水终端包含小区、商场和写字楼等。考虑到切换系统在多模系统中建模的有效性，用切换系统来描述这类由多个供水子系统组成的水务系统更为合适。正常供水过程中，水阀和泵站可能因元件老化导致故障。滤波器经常被用于检测故障，在故障突发生时能实时发出警报信号，从而及时解决故障。当用水高峰时，管网可能存在水阀开度不足、泵站水压小等问题，从而无法将水供给高层用户。事件触发滤波策略是一种基于事件的实时滤波设计方法。在供水高峰期，采用事件触发策略，可以缓解高层用户供水不足问题。首先将水供给低层用户，暂停高层供水。然后关闭低层用户水阀，给高层用户供水。因此，本专利拟采用切换正系统建模一类水务系统，设计系统基于事件触发机制的故障检测滤波器，对城市水务管网的各个供水子系统进行实时的故障检测，可以保证城市水务系统的正常运行。
发明内容
为解决现有技术的不足，实现对城市水务管网的各个供水子系统进行实时的故障检测的目的，本发明采用如下的技术方案：
一种城市水务系统供水故障检测方法，包括如下步骤：
步骤1、建立城市水务管网系统供水箱储水量的状态空间模型；
步骤2、构造水务供水不足的事件触发控制条件；
步骤3、设计城市水务管网系统中泵站、水阀故障的故障检测滤波器。
进一步地，所述步骤1，首先对城市水务管网系统供水箱储水量的数据进行采集，利用采集的数据建立城市水务系统管网系统供水箱储水量的状态空间模型，形式如下：
x(k+1)＝Aσ(k)x(k)+Bσ(k)ω(k)+Eσ(k)f(k)
y(k)＝Cσ(k)x(k)+Dσ(k)ω(k)+Fσ(k)f(k)
其中，
Figure BDA0003018513720000021
表示在第k个采样时刻城市水务系统供水箱中的水量，n表示供水箱的个数，
Figure BDA0003018513720000022
为供水箱到输水管渠中水的供给量，m表示输水管渠条数，
Figure BDA0003018513720000023
是不可测的影响供水务管网中水阀开度的外部扰动因素，
Figure BDA0003018513720000024
表示水务管网中水阀出现故障，s表示水阀的个数，函数σ(k)是切换信号，表示从[0,∞]到有限集N＝{1,2,…,N}的映射，
Figure BDA0003018513720000025
Figure BDA0003018513720000026
对于σ(k)∈N有
Figure BDA0003018513720000027
记σ(k)＝i，i∈N。
进一步地，所述步骤2，建立水务管网系统的事件触发条件：
‖ey(k)‖1＞β‖y(k)‖1
其中，β是给定的常数且满足0≤β＜1，ey(k)是采样误差，且满足
Figure BDA0003018513720000028
Figure BDA0003018513720000029
y(ki)表示水务系统在事件触发时刻ki的输出值，‖·‖1代表向量的1范数，即向量中所有元素的绝对值之和。
进一步地，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1、设计事件触发故障检测滤波器，具体如下：
Figure BDA00030185137200000210
Figure BDA00030185137200000211
其中，
Figure BDA00030185137200000212
为滤波器的状态信号，r(k)为残差信号，Afi,Bfi,Cfi和Dfi是所设计的水务系统故障检测滤波器的增益矩阵，具体形式如下：
Figure BDA00030185137200000213
其中，θ、qi、ζ分别是n维的向量，
Figure BDA00030185137200000214
ρ分别是m维的向量，T表示转置符号；
步骤3.2、设计故障评估函数J(t)与阈值Jth，具体如下：
Figure BDA0003018513720000031
Figure BDA0003018513720000032
其中，t是评估时间，水务管网系统发生故障后，通过如下逻辑关系检测：
Figure BDA0003018513720000033
Figure BDA0003018513720000034
步骤3.3、令误差信号e(k)为残差信号r(k)与故障信号f(k)的差，即e(k)＝r(k)-f(k)，则将城市水务管网系统的状态空间模型与故障检测滤波器扩充为一个误差系统，具体如下：
Figure BDA0003018513720000035
Figure BDA0003018513720000036
其中，
Figure BDA0003018513720000037
Figure BDA0003018513720000038
和
Figure BDA0003018513720000039
为城市水务管网系统的状态空间模型与故障检测滤波器的系统矩阵所构成的増广矩阵，具体形式为：
Figure BDA00030185137200000310
进一步地，还包括如下步骤，用于构建基础条件：
步骤3.4、考虑外部扰动因素及水阀故障对误差系统的影响，定义函数：
Figure BDA00030185137200000312
其中，γ表示加权L1增益性能指标；
步骤3.5、依据步骤1、步骤2和步骤3.1得：
Figure BDA00030185137200000313
步骤3.6、依据步骤1、步骤3.1和步骤3.5得：
Figure BDA00030185137200000314
步骤3.7、设计切换信号σ(k)满足以下条件：
Figure BDA00030185137200000315
其中，0≤k1≤k2，Nσ(k1,k2)为切换信号σ(k)在(k1,k2)内的切换次数，τ*＞0为切换信号的平均驻留时间，N0≥0；
步骤3.8、为误差系统构造了一个多线性余正李雅普诺夫函数：
Figure BDA0003018513720000041
其中，
Figure BDA0003018513720000042
向量的取值满足
Figure BDA0003018513720000043
即向量中的每一个元素都为正数，且
Figure BDA0003018513720000044
Figure BDA0003018513720000045
均是n维的实数列向量，为保证误差系统稳定运行，计算上述李雅普诺夫函数的差分方程为：
Figure BDA0003018513720000046
进一步地，还包括如下步骤：
步骤3.9、设计常数γ＞0,λ＞1,0≤β＜1,0＜μ＜1，如果存在n维向量
Figure BDA0003018513720000047
Figure BDA0003018513720000048
和m维向量
Figure BDA0003018513720000049
使得下列不等式成立：
Figure BDA00030185137200000410
Figure BDA00030185137200000411
Figure BDA00030185137200000412
Figure BDA00030185137200000413
Figure BDA00030185137200000414
Figure BDA00030185137200000415
Figure BDA00030185137200000416
Figure BDA00030185137200000417
Figure BDA00030185137200000418
其中，(i,j)∈N×N,i≠j,ι＝1,…,n,κ＝1,…s,M＝I-β1m×m,H＝I+β1m×m，平均驻留时间条件为：
Figure BDA0003018513720000051
则误差系统是正的，且加权L1增益稳定。
进一步地，通过如下步骤保证误差系统在事件触发条件下的正性：
步骤3.10、设计故障检测滤波器使误差系统在事件触发条件下是正的，即误差系统的状态变量和输出变量总是正值，且加权L1增益稳定，即误差系统是加权稳定的，而正性和稳定性是所设计的滤波器必须要具备的性能；根据步骤3.6推导得出误差系统在事件触发策略下的增益矩阵的下界，由下界增益矩阵组成的系统是下界系统；
首先由步骤3.6，利用下界系统的正性保证误差系统的正性，即
Figure BDA0003018513720000052
Figure BDA0003018513720000053
其中，
Figure BDA0003018513720000054
和
Figure BDA0003018513720000055
为下界系统的增益矩阵，具体形式为：
Figure BDA0003018513720000056
进一步地，通过如下步骤保证误差系统在事件触发条件下具有加权L1增益稳定性：
步骤3.11、步骤3.9所提出的条件，得到：
Figure BDA0003018513720000058
进一步推导出：
Figure BDA0003018513720000059
对步骤3.12中的
Figure BDA00030185137200000510
和
Figure BDA00030185137200000511
利用步骤3.11进行放缩，当步骤3.9中相关不等式成立时，可以保证步骤3.12中不等式成立；
步骤3.12、根据步骤3.4和步骤3.8得到：
Figure BDA00030185137200000512
再结合步骤3.9，可得如下不等式：
ΔVi(k)≤(μ-1)Vi(k)+Ξ(k)
步骤3.13、由步骤3.12利用递归法可得如下不等式关系：
Figure BDA0003018513720000061
当
Figure BDA0003018513720000062
时，有
Figure BDA0003018513720000063
则
Figure BDA0003018513720000064
即：
Figure BDA0003018513720000065
进一步转化得到：
Figure BDA0003018513720000066
两边同时从0到∞上求和得：
Figure BDA0003018513720000067
从而得出误差系统满足加权L1增益稳定性能。
本发明的优势和有益效果在于：
本发明利用滤波器、事件触发机制等自动控制技术，根据水务管网供水系统在运行过程中可能出现的故障，引入事件触发策略，利用切换正系统进行状态空间建模，选择多线性余正李雅普诺夫函数和线性规划方法，设计事件触发故障检测滤波器，对水务管网供水系统的运行实时检测，检测故障，并在故障发生后及时发出警报。
附图说明
图1是本发明中区域供水系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明的目的是解决城市水务供水系统中泵站和水阀的故障问题，利用滤波器、事件触发机制等自动控制技术，提出一种城市水务系统故障检测滤波器方法，如图1所示，为城市水务管网供水系统故障实时检测提供了一种可行的参考方案。
本发明对城市水务管网系统故障的实时检测并在故障发生后及时发出警报，该方法根据水务管网供水系统在运行过程中可能出现的故障，引入事件触发策略，利用切换正系统进行状态空间建模，选择多线性余正李雅普诺夫函数和线性规划方法，设计事件触发故障检测滤波器，对水务管网供水系统的运行实时检测，具体包括如下步骤：
步骤1、首先对城市水务管网系统水箱储水量的数据进行采集，利用采集的数据建立城市水务系统管网系统水箱储水量的状态空间模型，形式如下：
x(k+1)＝Aσ(k)x(k)+Bσ(k)ω(k)+Eσ(k)f(k)
y(k)＝Cσ(k)x(k)+Dσ(k)ω(k)+Fσ(k)f(k)
其中，
Figure BDA0003018513720000071
表示在第k个采样时刻城市水务系统供水箱中的水量，n表示供水箱的个数；
Figure BDA0003018513720000072
为供水箱到输水管渠中水的供给量，m表示输水管渠条数；
Figure BDA0003018513720000073
是不可测的影响供水务管网中水阀开度的外部扰动因素(如老化、生锈等)；
Figure BDA0003018513720000074
表示水务管网中水阀出现故障，s表示水阀的个数；函数σ(k)是切换信号表示从[0,∞]到有限集N＝{1,2,…,N}的映射，
Figure BDA0003018513720000075
Figure BDA0003018513720000076
对于σ(k)∈N有
Figure BDA0003018513720000077
Figure BDA0003018513720000078
记σ(k)＝i，i∈N。
步骤2、建立水务管网供水系统的事件触发条件
‖ey(k)‖1＞β‖y(k)‖1
其中，β是给定的常数且满足0≤β＜1；ey(k)是采样误差，且满足
Figure BDA0003018513720000079
Figure BDA00030185137200000710
表示水务系统在事件触发时刻ki的输出值。‖·‖1代表向量的1范数，即向量中所有元素的绝对值之和。
步骤3、设计水务管网供水系统的事件触发故障检测滤波器，其特征包括如下步骤：
步骤3.1、设计事件触发故障检测滤波器具体如下：
Figure BDA00030185137200000711
Figure BDA00030185137200000712
其中，
Figure BDA00030185137200000713
为滤波器的状态信号；r(k)为残差信号；Afi,Bfi,Cfi和Dfi是所设计的水务系统故障检测滤波器的增益矩阵，具体形式如下：
Figure BDA00030185137200000714
其中，θ、qi、ζ分别是n维的向量，
Figure BDA0003018513720000081
ρ分别是m维的向量，T表示转置符号；
步骤3.2、设计故障评估函数J(t)和阈值Jth，具体如下：
Figure BDA0003018513720000082
Figure BDA0003018513720000083
其中，t是评估时间。水务管网系统发生故障后可通过如下逻辑关系检测：
Figure BDA0003018513720000084
Figure BDA0003018513720000085
步骤3.3、令误差信号e(k)为残差信号r(k)与故障信号f(k)的差，即e(k)＝r(k)-f(k)，则可将城市水务管网系统的状态空间模型与故障检测滤波器扩充为一个误差系统具体如下：
Figure BDA0003018513720000086
Figure BDA0003018513720000087
其中，
Figure BDA0003018513720000088
Figure BDA0003018513720000089
和
Figure BDA00030185137200000810
为水务系统的状态空间模型与故障检测滤波器的系统矩阵所构成的増广矩阵，具体形式为：
Figure BDA00030185137200000811
进一步地，还包括如下步骤，用于构建基础条件：
步骤3.4、考虑外部扰动因素及水阀故障对误差系统的影响，定义函数
Figure BDA00030185137200000812
其中，γ表示加权L1增益性能指标；
步骤3.5、依据步骤1、步骤2和步骤3.1可得：
Figure BDA00030185137200000813
步骤3.6、依据步骤1、步骤3.1和步骤3.5可得：
Figure BDA00030185137200000814
步骤3.7、设计切换信号σ(k)满足以下条件：
Figure BDA0003018513720000091
其中，0≤k1≤k2，Nσ(k1,k2)为切换信号σ(k)在(k1,k2)内的切换次数，τ*＞0为切换信号的平均驻留时间，N0≥0。
步骤3.8、为误差系统构造了一个多线性余正李雅普诺夫函数：
Figure BDA0003018513720000092
其中，
Figure BDA0003018513720000093
向量的取值满足
Figure BDA0003018513720000094
即向量中的每一个元素都为正数，且
Figure BDA0003018513720000095
Figure BDA0003018513720000096
均是n维的实数列向量。为保证误差系统平稳运行，计算上述李雅普诺夫函数的差分方程为：
Figure BDA0003018513720000097
进一步地，还包括如下步骤：
步骤3.9、设计常数γ＞0,λ＞1,0≤β＜1,0＜μ＜1，如果存在n维向量
Figure BDA0003018513720000098
Figure BDA0003018513720000099
和m维向量
Figure BDA00030185137200000910
使得下列不等式
Figure BDA00030185137200000911
Figure BDA00030185137200000912
Figure BDA00030185137200000913
Figure BDA00030185137200000914
Figure BDA00030185137200000915
Figure BDA00030185137200000916
Figure BDA0003018513720000101
Figure BDA0003018513720000102
Figure BDA0003018513720000103
成立，其中，(i,j)∈N×N,i≠j,ι＝1,…,n,κ＝1,…s,M＝I-β1m×m,H＝I+β1m×m，平均驻留时间条件为：
Figure BDA0003018513720000104
则误差系统是正的，且加权L1增益稳定。
进一步地，通过如下步骤保证误差系统在事件触发条件下的正性：
步骤3.10、设计故障检测滤波器使误差系统在事件触发条件下是正的，即误差系统的状态变量和输出变量总是正值，且加权L1增益稳定，即误差系统是加权稳定的，而正性和稳定性是所设计的滤波器必须要具备的性能；根据步骤3.6推导得出误差系统在事件触发策略下的增益矩阵的下界，由下界增益矩阵组成的系统是下界系统；
首先由步骤3.6，利用下界系统的正性保证误差系统的正性，即
Figure BDA0003018513720000105
Figure BDA0003018513720000106
其中，
Figure BDA00030185137200001014
和
Figure BDA0003018513720000108
为下界系统的增益矩阵，具体形式为：
Figure BDA0003018513720000109
进一步地，通过如下步骤保证误差系统在事件触发条件下具有加权L1增益稳定性：
步骤3.11、步骤3.9所提出的条件，可以得到：
Figure BDA00030185137200001010
进一步可推导出：
Figure BDA00030185137200001011
对步骤3.12中的
Figure BDA00030185137200001012
和
Figure BDA00030185137200001013
利用步骤3.11进行放缩，当步骤3.9中相关不等式成立时，可以保证步骤3.12中不等式成立；
步骤3.12、根据步骤3.4和步骤3.8得到：
Figure BDA0003018513720000111
再结合步骤3.9，可得如下不等式：
ΔVi(k)≤(μ-1)Vi(k)+Ξ(k)
步骤3.13、由步骤3.12利用递归法可得如下不等式关系：
Figure BDA0003018513720000112
当
Figure BDA0003018513720000113
时，有
Figure BDA0003018513720000114
则
Figure BDA0003018513720000115
即
Figure BDA0003018513720000116
进一步转化可以得到：
Figure BDA0003018513720000117
两边同时从0到∞上求和得：
Figure BDA0003018513720000118
从而得出误差系统满足加权L1增益稳定性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种城市水务系统供水故障检测方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、建立城市水务管网系统供水箱储水量的状态空间模型；
步骤2、构造水务供水不足的事件触发控制条件；
步骤3、设计城市水务管网系统中的故障检测滤波器。
2.如权利要求1所述的一种城市水务系统供水故障检测方法，其特征在于步骤1，首先对城市水务管网系统供水箱储水量的数据进行采集，利用采集的数据建立城市水务系统管网系统供水箱储水量的状态空间模型，形式如下：
x(k+1)＝Aσ(k)x(k)+Bσ(k)ω(k)+Eσ(k)f(k)
y(k)＝Cσ(k)x(k)+Dσ(k)ω(k)+Fσ(k)f(k)
其中，
Figure FDA0003018513710000011
表示在第k个采样时刻城市水务系统供水箱中的水量，n表示供水箱的个数，
Figure FDA0003018513710000012
为供水箱到输水管渠中水的供给量，m表示输水管渠条数，
Figure FDA0003018513710000013
是不可测的影响供水务管网中水阀开度的外部扰动因素，
Figure FDA0003018513710000014
表示水务管网中水阀出现故障，s表示水阀的个数，函数σ(k)是切换信号，表示从[0,∞]到有限集N＝{1,2,…,N}的映射，
Figure FDA0003018513710000015
Figure FDA0003018513710000016
对于σ(k)∈N有
Figure FDA0003018513710000017
记σ(k)＝i，i∈N。
3.如权利要求2所述的一种城市水务系统供水故障检测方法，其特征在于所述步骤2，建立水务管网系统的事件触发条件：
‖ey(k)‖1＞β‖y(k)‖1
其中，β是给定的常数且满足0≤β＜1，ey(k)是采样误差，且满足
Figure FDA0003018513710000018
Figure FDA0003018513710000019
y(ki)表示水务系统在事件触发时刻ki的输出值，‖·‖1代表向量的1范数，即向量中所有元素的绝对值之和。
4.如权利要求3所述的一种城市水务系统供水故障检测方法，其特征在于所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1、设计事件触发故障检测滤波器，具体如下：
Figure FDA00030185137100000110
Figure FDA00030185137100000111
其中，
Figure FDA0003018513710000021
为滤波器的状态信号，r(k)为残差信号，Afi,Bfi,Cfi和Dfi是所设计的水务系统故障检测滤波器的增益矩阵，具体形式如下：
Figure FDA0003018513710000022
其中，θ、qi、ζ分别是n维的向量，
Figure FDA0003018513710000023
ρ分别是m维的向量，T表示转置符号；
步骤3.2、设计故障评估函数J(t)与阈值Jth，具体如下：
Figure FDA0003018513710000024
Figure FDA0003018513710000025
其中，t是评估时间，水务管网系统发生故障后，通过如下逻辑关系检测：
Figure FDA0003018513710000026
Figure FDA0003018513710000027
步骤3.3、令误差信号e(k)为残差信号r(k)与故障信号f(k)的差，即e(k)＝r(k)-f(k)，则将城市水务管网系统的状态空间模型与故障检测滤波器扩充为一个误差系统，具体如下：
Figure FDA0003018513710000028
Figure FDA0003018513710000029
其中，
Figure FDA00030185137100000210
Figure FDA00030185137100000211
和
Figure FDA00030185137100000212
为城市水务管网系统的状态空间模型与故障检测滤波器的系统矩阵所构成的増广矩阵，具体形式为：
Figure FDA00030185137100000213
5.如权利要求4所述的一种城市水务系统供水故障检测方法，其特征在于还包括如下步骤：
步骤3.4、定义函数：
Figure FDA00030185137100000214
其中，γ表示加权L1增益性能指标；
步骤3.5、依据步骤1、步骤2和步骤3.1得：
Figure FDA0003018513710000031
步骤3.6、依据步骤1、步骤3.1和步骤3.5得：
Figure FDA0003018513710000032
步骤3.7、设计切换信号σ(k)满足以下条件：
Figure FDA0003018513710000033
其中，0≤k1≤k2，Nσ(k1,k2)为切换信号σ(k)在(k1,k2)内的切换次数，τ*＞0为切换信号的平均驻留时间，N0≥0；
步骤3.8、为误差系统构造了一个多线性余正李雅普诺夫函数：
Figure FDA0003018513710000034
其中，
Figure FDA0003018513710000035
向量的取值满足
Figure FDA0003018513710000036
即向量中的每一个元素都为正数，且
Figure FDA0003018513710000037
Figure FDA0003018513710000038
均是n维的实数列向量，计算上述李雅普诺夫函数的差分方程为：
Figure FDA0003018513710000039
6.如权利要求5所述的一种城市水务系统供水故障检测方法，其特征在于还包括如下步骤：
步骤3.9、设计常数γ＞0,λ＞1,0≤β＜1,0＜μ＜1，如果存在n维向量
Figure FDA00030185137100000310
Figure FDA00030185137100000311
和m维向量
Figure FDA00030185137100000312
使得下列不等式成立：
Figure FDA00030185137100000313
Figure FDA00030185137100000314
Figure FDA00030185137100000315
Figure FDA00030185137100000316
Figure FDA00030185137100000317
Figure FDA0003018513710000041
Figure FDA0003018513710000042
Figure FDA0003018513710000043
Figure FDA0003018513710000044
其中，(i,j)∈N×N,i≠j,ι＝1,…,n,κ＝1,…s,M＝I-β1m×m,H＝I+β1m×m，平均驻留时间条件为：
Figure FDA0003018513710000045
则误差系统是正的，且加权L1增益稳定。
7.如权利要求6所述的一种城市水务系统供水故障检测方法，其特征在于通过如下步骤保证误差系统在事件触发条件下的正性：
步骤3.10、设计故障检测滤波器使误差系统在事件触发条件下是正的，即误差系统的状态变量和输出变量总是正值，且加权L1增益稳定，即误差系统是加权稳定的；根据步骤3.6推导得出误差系统在事件触发策略下的增益矩阵的下界，由下界增益矩阵组成的系统是下界系统；
首先由步骤3.6，利用下界系统的正性保证误差系统的正性，即
Figure FDA0003018513710000046
Figure FDA0003018513710000047
其中，
Figure FDA0003018513710000048
和
Figure FDA0003018513710000049
为下界系统的增益矩阵，具体形式为：
Figure FDA00030185137100000410
8.如权利要求6所述的一种城市水务系统供水故障检测方法，其特征在于通过如下步骤保证误差系统在事件触发条件下具有加权L1增益稳定性：
步骤3.11、步骤3.9所提出的条件，得到：
Figure FDA00030185137100000411
进一步推导出：
Figure FDA0003018513710000051
对步骤3.12中的
Figure FDA0003018513710000052
和
Figure FDA0003018513710000053
利用步骤3.11进行放缩，当步骤3.9中相关不等式成立时，保证步骤3.12中不等式成立；
步骤3.12、根据步骤3.4和步骤3.8得到：
Figure FDA0003018513710000054
再结合步骤3.9，可得如下不等式：
ΔVi(k)≤(μ-1)Vi(k)+Ξ(k)
步骤3.13、由步骤3.12利用递归法可得如下不等式关系：
Figure FDA0003018513710000055
当
Figure FDA0003018513710000056
时，有
Figure FDA0003018513710000057
则
Figure FDA0003018513710000058
即：
Figure FDA0003018513710000059
进一步转化得到：
Figure FDA00030185137100000510
两边同时从0到∞上求和得：
Figure FDA00030185137100000511
从而得出误差系统满足加权L1增益稳定性能。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113687596A (zh) * 2021-08-31 2021-11-23 杭州电子科技大学 一种现代码头货物管理系统故障检测方法
CN113823085A (zh) * 2021-08-26 2021-12-21 杭州电子科技大学 一种公共停车场综合管理系统的车流量估计方法
CN113985197A (zh) * 2021-10-18 2022-01-28 杭州电子科技大学 一种水务系统设备故障的事件触发异步检测方法
CN114488820A (zh) * 2022-02-16 2022-05-13 杭州电子科技大学 一种污水处理系统的自适应事件触发分布式控制方法
CN115327899A (zh) * 2022-08-03 2022-11-11 海南大学 一种切换信号故障下的污水处理系统的滤波估计方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001174058A (ja) * 1999-12-17 2001-06-29 Noritz Corp 給湯装置およびその故障診断支援装置
JP2017010238A (ja) * 2015-06-22 2017-01-12 アズビル株式会社 制御バルブの故障診断装置および方法
CN108205311A (zh) * 2018-01-14 2018-06-26 山东科技大学 一类事件触发传输时变系统基于未知输入观测器技术的故障估计方法
CN108490772A (zh) * 2018-03-13 2018-09-04 杭州电子科技大学 一种城市水务系统平稳供水运行控制方法
CN109343513A (zh) * 2018-11-20 2019-02-15 哈尔滨工业大学 基于事件驱动的水面无人艇同步故障检测与控制方法
CN109537671A (zh) * 2018-10-29 2019-03-29 杭州电子科技大学 一种城市供水系统供用水平衡的控制方法
CN109828493A (zh) * 2019-01-11 2019-05-31 杭州电子科技大学 一种城市水务管网系统供水故障的可靠控制方法
CN110110496A (zh) * 2019-06-06 2019-08-09 杭州电子科技大学 一种基于非线性系统建模的城市供水的可靠控制方法
CN110187641A (zh) * 2019-07-12 2019-08-30 杭州电子科技大学 一种城市水务管网供水系统在外加扰动输入下的控制方法
CN110650496A (zh) * 2019-09-24 2020-01-03 杭州电子科技大学 一种抑制干扰的数字通信网络拥塞控制方法
CN110703742A (zh) * 2019-11-08 2020-01-17 哈尔滨工业大学 基于事件驱动与输出量化的水面无人艇系统的故障检测方法
CN110851774A (zh) * 2019-10-30 2020-02-28 杭州电子科技大学 一种城市供水管网的漏损估计方法
CN111287256A (zh) * 2020-02-20 2020-06-16 杭州电子科技大学 一种城市水务系统供水的饱和控制方法
CN112147901A (zh) * 2020-10-09 2020-12-29 杭州电子科技大学 一种状态饱和水务系统的事件触发滤波器设计方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001174058A (ja) * 1999-12-17 2001-06-29 Noritz Corp 給湯装置およびその故障診断支援装置
JP2017010238A (ja) * 2015-06-22 2017-01-12 アズビル株式会社 制御バルブの故障診断装置および方法
CN108205311A (zh) * 2018-01-14 2018-06-26 山东科技大学 一类事件触发传输时变系统基于未知输入观测器技术的故障估计方法
CN108490772A (zh) * 2018-03-13 2018-09-04 杭州电子科技大学 一种城市水务系统平稳供水运行控制方法
CN109537671A (zh) * 2018-10-29 2019-03-29 杭州电子科技大学 一种城市供水系统供用水平衡的控制方法
CN109343513A (zh) * 2018-11-20 2019-02-15 哈尔滨工业大学 基于事件驱动的水面无人艇同步故障检测与控制方法
CN109828493A (zh) * 2019-01-11 2019-05-31 杭州电子科技大学 一种城市水务管网系统供水故障的可靠控制方法
CN110110496A (zh) * 2019-06-06 2019-08-09 杭州电子科技大学 一种基于非线性系统建模的城市供水的可靠控制方法
CN110187641A (zh) * 2019-07-12 2019-08-30 杭州电子科技大学 一种城市水务管网供水系统在外加扰动输入下的控制方法
CN110650496A (zh) * 2019-09-24 2020-01-03 杭州电子科技大学 一种抑制干扰的数字通信网络拥塞控制方法
CN110851774A (zh) * 2019-10-30 2020-02-28 杭州电子科技大学 一种城市供水管网的漏损估计方法
CN110703742A (zh) * 2019-11-08 2020-01-17 哈尔滨工业大学 基于事件驱动与输出量化的水面无人艇系统的故障检测方法
CN111287256A (zh) * 2020-02-20 2020-06-16 杭州电子科技大学 一种城市水务系统供水的饱和控制方法
CN112147901A (zh) * 2020-10-09 2020-12-29 杭州电子科技大学 一种状态饱和水务系统的事件触发滤波器设计方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHANG JUNFENG ET.: "Parameter-dependent Lyapunov Function Based Model Predictive Control for Positive Systems and Its Application in Urban Water Management", 《PROCEEDING OF THE 36TH CHINESE CONTROL CONFERENCE》 *
洪嘉鸣: "基于数据的城市供水管网建模分析和异常事件侦测", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113823085A (zh) * 2021-08-26 2021-12-21 杭州电子科技大学 一种公共停车场综合管理系统的车流量估计方法
CN113687596A (zh) * 2021-08-31 2021-11-23 杭州电子科技大学 一种现代码头货物管理系统故障检测方法
CN113687596B (zh) * 2021-08-31 2024-03-01 杭州电子科技大学 一种现代码头货物管理系统故障检测方法
CN113985197A (zh) * 2021-10-18 2022-01-28 杭州电子科技大学 一种水务系统设备故障的事件触发异步检测方法
CN113985197B (zh) * 2021-10-18 2024-01-09 杭州电子科技大学 一种水务系统设备故障的事件触发异步检测方法
CN114488820A (zh) * 2022-02-16 2022-05-13 杭州电子科技大学 一种污水处理系统的自适应事件触发分布式控制方法
CN115327899A (zh) * 2022-08-03 2022-11-11 海南大学 一种切换信号故障下的污水处理系统的滤波估计方法

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