網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)故障診斷的若干方法研究.pdf

1、隨著大規(guī)模、高性能的現(xiàn)代控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，對系統(tǒng)安全性和可靠性的要求也越來越高。故障診斷技術(shù)是提高提高系統(tǒng)安全性和可靠性的一種重要途徑，因而深入研究故障診斷技術(shù)不但具有重要的理論意義，而且也具有巨大的實際應(yīng)用價值。
　　 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NCSs)是一類基于通信網(wǎng)絡(luò)的閉環(huán)系統(tǒng)。隨著通信網(wǎng)絡(luò)嵌入控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的連接線大大減少，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性，系統(tǒng)便于維護(hù)和診斷；與此同時也帶了一些新的問題，如網(wǎng)絡(luò)傳輸時滯、數(shù)據(jù)丟包以及多包傳送

2、等。這些問題的出現(xiàn)使得網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的分析和綜合變得更加復(fù)雜和困難，同時這些問題的存在也往往是系統(tǒng)不穩(wěn)定和系統(tǒng)性能變差的根源。因此，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的故障診斷方法也無法直接應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。正是在這一背景下，本文系統(tǒng)地研究了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的故障診斷方法，主要內(nèi)容和研究成果如下：
　　 研究了含有短時滯(傳輸時滯小于一個采樣周期)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)魯棒故障檢測問題。分別采用了基于時滯補(bǔ)償控制器和基于時滯補(bǔ)償控制律的方法設(shè)計了故障檢測

3、濾波器。通過引入?yún)⒖細(xì)埐钅Ｐ?，將濾波器設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為模型匹配問題：利用H∞控制理論，以線性矩陣不等式(LMI)的形式給出了問題解存在的條件以及濾波器的設(shè)計方法。
　　 研究了含有長時滯(傳輸時滯大于一個采樣周期)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)魯棒故障檢測問題。通過分析NCSs具有的混雜系統(tǒng)特點，設(shè)計了一種基于觀測器的混雜系統(tǒng)故障檢測濾波器；借助對系統(tǒng)傳遞函數(shù)的輸入輸出通道的組合變換，將一個同時體現(xiàn)殘差對擾動的魯棒性以及對故障的靈敏性的性能指標(biāo)

4、擴(kuò)展至NCSs;引入時滯上下界，以矩陣不等式的形式給出濾波器設(shè)計問題的時滯區(qū)間依賴解，實現(xiàn)了在連續(xù)時間域內(nèi)對網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的魯棒故障檢測，避免了系統(tǒng)離散化及其帶來的復(fù)雜性。
　　 研究了同時考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸時滯和數(shù)據(jù)丟包的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的魯棒故障檢測問題。利用時滯系統(tǒng)研究成果，將網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)建模為一類具有雙加性狀態(tài)時滯項的連續(xù)時滯系統(tǒng)，設(shè)計了一種基于時滯、丟包依賴的魯棒故障檢測濾波器；選取一個合適的Lyapunov-Krasovs

5、kii泛函，在分析時滯系統(tǒng)H∞性能的基礎(chǔ)上，給出了NCSs濾波器的存在條件和求解方法。
　　 針對上述三部分中假設(shè)控制器給定的局限性，研究了控制器和故障診斷器的集成設(shè)計問題。首先根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程，建立基于觀測器的反饋控制器，并根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)方程和控制器方程建立閉環(huán)控制系統(tǒng)的混雜系統(tǒng)模型;結(jié)合閉環(huán)系統(tǒng)的特點，給出了狀態(tài)觀測器和反饋控制器的集成設(shè)計方法。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用H∞控制理論進(jìn)行控制器和故障診斷濾波器的集成設(shè)計，使系統(tǒng)漸近穩(wěn)定