基于ESO與逆系統(tǒng)的非線性系統(tǒng)故障調(diào)節(jié)方法研究.pdf

1、隨著當(dāng)代科技的迅猛發(fā)展，實(shí)際工程中的各種控制系統(tǒng)變得日趨復(fù)雜，其規(guī)模變得越來(lái)越龐大，系統(tǒng)本身也表現(xiàn)出更強(qiáng)的非線性。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，輕則其影響性能，重則導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，出現(xiàn)災(zāi)害性事故。因此，對(duì)非線性系統(tǒng)安全性與可靠性的研究變得尤為迫切。鑒于此，考慮實(shí)際系統(tǒng)中存在的非線性、執(zhí)行器易發(fā)生故障以及外部擾動(dòng)等因素，本文針對(duì)一類(lèi)具有執(zhí)行器定值和時(shí)變故障的非線性系統(tǒng)，提出了變?cè)鲆鏀U(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(extended state observer,ES

2、O)、新的基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的擴(kuò)張狀態(tài)濾波器(new extended state filter based on extended state observer,NESF-ESO)、新型ESF(extended state filter,ESF)三種方法；并結(jié)合逆系統(tǒng)理論進(jìn)行了故障調(diào)節(jié)的研究；最后采用力學(xué)、物理學(xué)和電子學(xué)研究中的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型Van Der Pol振蕩器進(jìn)行了相應(yīng)仿真實(shí)驗(yàn)研究，具體內(nèi)容包括：
　　1）基于變?cè)鲆鍱S

3、O與逆系統(tǒng)結(jié)合的連續(xù)系統(tǒng)故障調(diào)節(jié)方法研究
　　針對(duì)一類(lèi)非線性系統(tǒng)執(zhí)行器時(shí)變故障的容錯(cuò)問(wèn)題，研究了一種基于變?cè)鲆鏀U(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的逆系統(tǒng)故障調(diào)節(jié)方法。該方法首先通過(guò)設(shè)計(jì)一種時(shí)變?cè)鲆妫瑏?lái)改進(jìn)傳統(tǒng)的恒增益擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；其次，在依據(jù)故障估計(jì)值對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，借助于逆系統(tǒng)的引入，對(duì)原非線性系統(tǒng)線性化；進(jìn)而又為其設(shè)計(jì)了魯棒保性能控制；最后，采用典型非線性系統(tǒng)Van Der Pol振蕩器，分別在發(fā)生恒值和時(shí)變故障情形下進(jìn)行了仿真研

4、究，驗(yàn)證了所提方法的有效性與優(yōu)越性。
　　2）基于NESF-ESO與逆系統(tǒng)結(jié)合的離散系統(tǒng)故障調(diào)節(jié)方法研究
　　針對(duì)傳統(tǒng)非線性系統(tǒng)故障診斷方法中存在的線性化誤差、濾波發(fā)散等問(wèn)題，首先構(gòu)造出一種可用于故障診斷的擴(kuò)張狀態(tài)濾波器，并在此基礎(chǔ)上推證出了增廣系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件，并借助于原系統(tǒng)中已知的非線性動(dòng)態(tài)進(jìn)行故障的分離；其次，依據(jù)分離出的故障估計(jì)值對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)，再輔之以逆系統(tǒng)方法，對(duì)原非線性系統(tǒng)進(jìn)行線性化；進(jìn)而考慮逆建模

5、誤差的存在，設(shè)計(jì)了離散時(shí)間下的魯棒保性能控制器；最后，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證了該方法的有效性與優(yōu)越性。
　　3）基于新型ESF與逆系統(tǒng)結(jié)合的離散系統(tǒng)故障調(diào)節(jié)方法研究
　　針對(duì)傳統(tǒng)濾波算法ESF效果一般的問(wèn)題，研究了一種新型ESF對(duì)含噪離散非線性系統(tǒng)故障濾波及調(diào)節(jié)方法。首先借鑒擴(kuò)張狀態(tài)濾波器思想，設(shè)計(jì)一種新型的ESF，采用遞歸學(xué)習(xí)方法來(lái)提高對(duì)含噪系統(tǒng)的狀態(tài)及故障估計(jì)的準(zhǔn)確性；其次，利用新型ESF濾波后的故障估計(jì)值作為故障調(diào)節(jié)項(xiàng)，