非線性系統(tǒng)故障診斷若干方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代控制系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度的逐漸增加，傳感器、執(zhí)行器及系統(tǒng)內(nèi)部元器件都不可避免的會發(fā)生故障，因此對其安全性和可靠性的要求越來越高。故障診斷與容錯控制技術(shù)是提高動態(tài)系統(tǒng)的安全性、可靠性的重要途徑之一。因而深入研究故障診斷與容錯控制技術(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。由于實際系統(tǒng)都是一定程度的非線性系統(tǒng)，加上系統(tǒng)建模誤差和各種外部干擾的存在，使得對系統(tǒng)進行故障診斷變得更加復(fù)雜和困難。目前關(guān)于非線性系統(tǒng)的故障診斷

2、技術(shù)受到廣大學(xué)者的關(guān)注，是當前研究的熱點和難點內(nèi)容之一。本文針對非線性系統(tǒng)故障診斷技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)存在的一些問題及其發(fā)展趨勢，結(jié)合相關(guān)學(xué)科理論的最新研究成果，研究了非線性系統(tǒng)故障診斷的若干方法及其應(yīng)用。所取得的主要成果有：
　　 研究了一類非線性攝動時滯系統(tǒng)的魯棒故障檢測問題。分別采用了基于H∞/H_濾波器的方法和基于參考模型的方法設(shè)計了故障檢測濾波器。通過分析所研究系統(tǒng)的特點，設(shè)計故障檢測濾波器，利用魯棒控制技術(shù)，將故障檢測濾波器增

3、益矩陣的求解問題轉(zhuǎn)化為魯棒穩(wěn)定性分析問題，并給出了該問題解的存在的LMI條件和求解方法。所設(shè)計的故障檢測濾波器，既考慮了故障檢測結(jié)果對系統(tǒng)故障的敏感性，又考慮了對外界干擾的魯棒性。
　　 研究了一類非線性不確定時滯系統(tǒng)的故障檢測問題。首先根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程，建立反步觀測器，并根據(jù)原系統(tǒng)的狀態(tài)方程和反步觀測器方程建立廣義殘差系統(tǒng)。然后，采用Backstepping設(shè)計方法，結(jié)合廣義殘差系統(tǒng)的特點，選取一個合適的李雅普諾夫函數(shù)，在證

4、明故障檢測系統(tǒng)穩(wěn)定的同時，給出了反步觀測器增益矩陣的存在條件和求解方法。
　　 結(jié)合預(yù)測控制中滾動優(yōu)化的思想和迭代學(xué)習(xí)控制理論，設(shè)計了一種新型的故障跟蹤估計器進行故障診斷。該方法是根據(jù)預(yù)測控制中滾動優(yōu)化的思想，在一個優(yōu)化時域內(nèi)，根據(jù)系統(tǒng)實際運行時的輸出和估計出的系統(tǒng)輸出之差，通過一個迭代算法進行反復(fù)迭代運算來調(diào)節(jié)故障跟蹤估計器中的虛擬故障，直到跟蹤誤差滿足要求為止，此時的虛擬故障接近于實際故障，從而實現(xiàn)故障的檢測與估計。文中給出

5、了迭代學(xué)習(xí)算法的收斂性證明，并進行了故障跟蹤特性分析。結(jié)果表明：迭代運算的初始條件，不影響最終故障估計的準確性；系統(tǒng)的不確定性(包含建模誤差和外界擾動)會對故障估計帶來誤差。該方法不但適用于線性系統(tǒng)，也適用于非線性系統(tǒng);既可用于確定性系統(tǒng)，也可用于不確定系統(tǒng)，適用面寬廣。
　　 將自抗擾控制器中擴展狀態(tài)觀測器的思想用于故障診斷之中。根據(jù)擴展狀態(tài)觀測器的設(shè)計思想，將系統(tǒng)中發(fā)生的故障和不確定項看作系統(tǒng)的一個增廣狀態(tài)，通過對增廣系統(tǒng)構(gòu)