[论文解读] Detection and Isolation of Failures in Linear Multi-Agent Networks

M. Amin Rahimian, Víctor M. Preciado|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2013

Distributed Control Multi-Agent Systems参考文献 17被引用 4

一句话总结

本文提出了一种线性多智能体网络的传感器布置算法，通过识别网络输出导数中的跳变间断点来检测和隔离链路故障。通过利用故障与这些间断点之间的关系，该方法可在有向和无向网络中通过战略性布置的传感器实现完整的故障检测与隔离。

ABSTRACT

In this paper the focus is on the relationship between the occurrence of failures in a (directed or undirected) network of linear single integrator agents and the presence of jump discontinuities in the derivatives of the network output. Based on this relationship, an algorithm for sensor placement is proposed, which enables the designer to detect and isolate any link failures across the network, based on the jump discontinuities observed by the sensor nodes. These results are explained through elaborative examples and computer experiments.

研究动机与目标

• 建立智能体网络故障与输出导数中可观测跳变间断点之间的理论联系。
• 解决在最小化传感器部署的前提下检测和隔离多智能体网络中链路故障的挑战。
• 设计一种系统化的传感器布置策略，确保在有向和无向网络拓扑中均能实现完全的故障可检测性与可隔离性。

提出的方法

• 该方法将网络建模为具有有向或无向互连关系的线性单积分器智能体系统。
• 分析链路故障如何在网络输出信号的时间导数中引发跳变间断点。
• 基于网络的结构特性开发传感器布置算法，以确保每种可能的链路故障在导数间断点中产生唯一特征。
• 利用图论条件确定能够观测所有故障引起的间断点的最小传感器集合。
• 通过计算机仿真和示例验证了该方法，展示了其在成功检测和隔离故障方面的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 线性多智能体网络中的链路故障如何在输出导数中表现？
• RQ2 何种传感器布置策略可确保任意单个链路故障的完全检测与隔离？
• RQ3 所提出的方法是否可应用于有向和无向网络拓扑并保证性能？
• RQ4 网络图的何种结构条件可实现通过导数间断点唯一识别故障源？

主要发现

• 线性多智能体网络中的链路故障会在网络输出导数中产生明显的跳变间断点，这些间断点可作为可检测的特征信号。
• 所提出的传感器布置算法确保每种可能的链路故障均产生传感器可观测的唯一间断点模式。
• 该方法在有向和无向网络拓扑中均有效，可实现完整的故障检测与隔离。
• 计算机实验和示例验证了该算法能够基于观测到的输出导数间断点正确识别故障源。