切換系統(tǒng)的故障檢測方法研究.pdf

1、切換系統(tǒng)是一類特殊而又重要的混雜系統(tǒng)，它有著重要的理論研究價值和廣泛的工程應用背景。而對切換系統(tǒng)故障檢測問題的研究還處在起步階段。目前所獲得的為數(shù)不多的結(jié)果往往忽略了因為切換本身特性而引起的對故障檢測性能上的要求。因此迄今為止，該課題仍存在許多問題亟待解決。
　　本論文針對切換系統(tǒng)的故障檢測問題展開研究。基于切換系統(tǒng)平均駐留時間的切換控制原則，提出若干新的故障檢測控制方案。首先根據(jù)模型依賴的平均駐留時間切換控制方案，獲得了加權(quán)l(xiāng)2

2、性能和H_性能并給出故障檢測濾波器的設(shè)計方法;再針對線性參數(shù)時變切換系統(tǒng)，將故障檢測的濾波器設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為魯棒濾波器設(shè)計問題并得到故障檢測濾波器的增益;考慮異步切換的現(xiàn)象，提出了異步切換系統(tǒng)的故障檢測濾波器設(shè)計方法;然后在同時故障檢測與控制問題上同樣考慮異步現(xiàn)象設(shè)計了故障檢測濾波器和控制器。最后，在上述研究的基礎(chǔ)上，將結(jié)果進一步推廣到可靠控制問題的研究上。文中的主要結(jié)果均給出了相應的仿真例子進行了驗證，并將部分研究成果應用于飛機模型仿真

3、研究中。全文分為八章，每一章的主要內(nèi)容如下:
　　第一、二章系統(tǒng)地分析和總結(jié)了故障檢測技術(shù)和切換系統(tǒng)的背景和發(fā)展現(xiàn)狀，并給出了與本文相關(guān)的一些預備知識。
　　第三章主要研究了基于模型依賴平均駐留時間切換信號下切換系統(tǒng)的故障檢測問題。首次提出了這種切換信號下切換系統(tǒng)的加權(quán)l(xiāng)2性能指標和H_性能指標，得到了切換系統(tǒng)的干擾抑制條件和故障敏感條件。所設(shè)計的故障檢測濾波器滿足加權(quán)l(xiāng)2性能指標和H_性能指標，實現(xiàn)對采用模型依賴平均駐留時

4、間切換信號時切換系統(tǒng)的故障檢測。
　　第四章研究了線性參數(shù)時變切換系統(tǒng)的故障檢測問題。針對線性參數(shù)時變切換系統(tǒng)，引入?yún)?shù)的上下界，并將參數(shù)的導數(shù)的界應用到計算中，使故障檢測的濾波器設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為魯棒濾波器設(shè)計問題，通過解線性矩陣不等式條件獲得故障檢測的濾波器增益。
　　在第五章中，設(shè)計了故障檢測濾波器來檢測異步切換控制系統(tǒng)的故障。針對切換系統(tǒng)中原始切換系統(tǒng)與故障檢測切換濾波器存在異步的現(xiàn)象，本章提出了異步切換系統(tǒng)的加權(quán)l(xiāng)2性

5、能指標和H_性能指標，設(shè)計了故障檢測濾波器使得增廣系統(tǒng)滿足加權(quán)l(xiāng)2性能指標和H_性能指標，實現(xiàn)對帶有平均駐留時間切換信號的異步切換系統(tǒng)的故障檢測。
　　第六章進一步將第五章的結(jié)果推廣到了異步切換系統(tǒng)的同時故障檢測與控制問題，同時設(shè)計了檢測器/控制器來產(chǎn)生兩個信號:檢測信號和控制信號，分別用來檢測故障和控制原開環(huán)系統(tǒng)并滿足一些控制性能指標。因為輸出反饋控制問題是一個很難的非凸問題，為了求解這個問題，采用了兩步過程來設(shè)計檢測器/控制器

6、，同時兼顧了故障目標和控制目標，最后都轉(zhuǎn)化為線性矩陣不等式優(yōu)化求解。
　　第七章繼續(xù)研究了帶有執(zhí)行器故障時切換系統(tǒng)的同時故障檢測與控制問題?？紤]的故障包含了未失效的執(zhí)行器不能夠鎮(zhèn)定原有的切換系統(tǒng)，且失效的執(zhí)行器經(jīng)過一段時間能夠被修復的情況。原始的切換系統(tǒng)是基于平均駐留時間的切換，設(shè)計的檢測器/控制器首先也根據(jù)原始的切換信號進行切換，但當故障被檢測出來時，子系統(tǒng)對應的控制器進行切換，來限制未失效的執(zhí)行器不能夠鎮(zhèn)定的切換系統(tǒng)的發(fā)散速率