Distributed Methods for Estimation and Fault Diagnosis: the case of Large-scale Networked Systems

L'obiettivo di questa tesi ਠil monitoraggio di sistemi complessi a larga-scala. L'importanza di questo argomento ਠdovuto alla rinnovata enfasi data alle problematiche riguardanti la sicurezza e l'affidabilità  dei sistemi, diventate requisiti fondamentali nella progettazione. Infatti, la crescente complessità  dei moderni sistemi, dove le relazioni fra i diversi componenti, con il mondo esterno e con il fattore umano sono sempre pi๠importanti, implica una crescente attenzione ai rischi e ai costi dovuti ai guasti e lo sviluppo di approcci nuovi per il controllo e il monitoraggio. Mentre nel contesto centralizzato i problemi di stima e di diagnostica di guasto sono stati ampiamente studiati, lo sviluppo di metodologie specifiche per sistemi distribuiti, larga scala o †œnetworked†�, come i Cyber-Physical Systems e i Systems-of-Systems, ਠcominciato negli ultimi anni. Il sistema fisico ਠrappresentato come l'interconnessione di sottosistemi ottenuti attraverso una decomposizione del sistema complesso dove le sovrapposizioni sono consentite. L'approccio si basa sul modello dinamico non-lineare dei sottosistemi e sull'approssimazione adattativa delle non note interconnessioni fra i sottosistemi. La novità  à¨ la proposta di un'architettura unica che tenga conto dei molteplici aspetti che costituiscono i sistemi moderni, integrando il sistema fisico, il livello sensoriale e il sistema di diagnostica e considerando le relazioni fra questi ambienti e le reti di comunicazione. In particolare, vengono proposte delle soluzioni ai problemi che emergono dall'utilizzo di reti di comunicazione e dal considerare sistemi distribuiti e networked. Il processo di misura ਠeffettuato da un insieme di reti di sensori, disaccoppiando il livello fisico da quello diagnostico e aumentando in questo modo la scalabilità  e l'affidabilità  del sistema diagnostico complessivo. Un nuovo metodo di stima distribuita per reti di sensori ਠutilizzato per filtrare le misure minimizzando sia la media sia la varianza dell'errore di stima attraverso la soluzione di un problema di ottimizzazione di Pareto. Un metodo per la re-sincronizzazione delle misure ਠproposto per gestire sistemi multi-rate e misure asincrone e per compensare l'effetto dei ritardi nella rete di comunicazione fra sensori e diagnostici. Poichà© uno dei problemi pi๠importanti quando si considerano sistemi distribuiti e reti di comunicazione ਠper l'appunto il verificarsi di ritardi di trasmissione e perdite di pacchetti, si propone una strategia di compensazione dei ritardi , basata sull'uso di Time Stamps e buffer e sull'introduzione di una matrice di consenso tempo-variante, che permette di gestire il problema dei ritardi nella rete di comunicazione fra diagnostici. Gli schemi distribuiti per la detection e l'isolation dei guasti sono sviluppati, garantendo la convergenza degli stimatori e derivando le condizioni sufficienti per la detectability e l'isolability. La matrice tempo-variante proposta permette di migliorare queste proprietà  definendo delle soglie meno conservative. Alcuni risultati sperimentali provano l'efficacia del metodo proposto. Infine, le architetture distribuite per la detection e l'isolation, sviluppate nel caso tempo-discreto, sono estese al caso tempo continuo e nello scenario in cui lo stato non ਠcompletamente misurabile, sia a tempo continuo che a tempo discreto.