基于模型的不確定系統(tǒng)魯棒故障檢測(cè)與估計(jì)方法研究.pdf

1、由于存在對(duì)不確定系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和所受干擾的認(rèn)識(shí)不全面的問題，使得對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模時(shí)存在著許多不確定性，而基于模型的故障診斷方法依賴被診斷對(duì)象數(shù)學(xué)模型的精確性，因此，利用基于模型的故障診斷方法對(duì)不確定系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷時(shí)，研究如何降低不確定性對(duì)故障診斷結(jié)果的影響，確保故障診斷的有效性是十分必要的，也是基于模型的魯棒故障診斷主要面對(duì)的問題。本文對(duì)不確定系統(tǒng)基于模型的魯棒故障檢測(cè)和估計(jì)問題進(jìn)行了研究。針對(duì)不確定系統(tǒng)故障檢測(cè)和估計(jì)方法中存在

2、保守性或數(shù)學(xué)模型局限性等問題，研究了具有較低保守性或數(shù)學(xué)模型更具有普遍意義的魯棒故障檢測(cè)和估計(jì)方法，主要內(nèi)容如下：
　　考慮存在未知輸入信號(hào)和模型不確定性的系統(tǒng)，基于多指標(biāo)約束方法，提出一種H/H∞故障檢測(cè)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法。利用H指標(biāo)和H∞范數(shù)理論，將故障檢測(cè)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)換為矩陣不等式組約束條件的最優(yōu)問題，通過(guò)對(duì)矩陣不等式非線性部分的線性化處理，解除系統(tǒng)矩陣與Lyapunov函數(shù)矩陣之間的耦合，給出觀測(cè)器存在的充分條件，在此基

3、礎(chǔ)上，提出一種迭代算法將解耦后的矩陣不等式組約束條件下的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成線性矩陣不等式組約束條件下的優(yōu)化問題來(lái)求解故障檢測(cè)觀測(cè)器。在殘差評(píng)價(jià)中，采用自適應(yīng)閾值的方法設(shè)計(jì)閾值，研究模型不確定系統(tǒng)魯棒故障檢測(cè)。進(jìn)一步考慮部分噪聲統(tǒng)計(jì)特性已知的情況，引入H2范數(shù)指標(biāo)，采用噪聲到殘差傳遞函數(shù)的H2范數(shù)表示白噪聲對(duì)殘差的影響，提出一種基于2H/H/H∞觀測(cè)器的魯棒故障檢測(cè)方法，并將所提方法用于衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的陀螺故障檢測(cè)。故障檢測(cè)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法被

4、進(jìn)一步推廣到Lipschitz非線性不確定系統(tǒng)，得到系統(tǒng)故障檢測(cè)觀測(cè)器存在的充分條件，并在此基礎(chǔ)上研究了Lipschitz非線性不確定系統(tǒng)的魯棒故障檢測(cè)。
　　考慮存在模型不確定性的系統(tǒng)，基于H∞濾波理論，提出一種H∞故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)方法。利用H∞范數(shù)理論，將故障檢測(cè)濾波器的設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)換為矩陣不等式約束的最優(yōu)問題，對(duì)矩陣不等式非線性部分進(jìn)行線性化處理，并提出一種迭代算法將濾波器的求解轉(zhuǎn)化成線性矩陣不等式約束的優(yōu)化問題。在殘差評(píng)價(jià)

5、階段，采用自適應(yīng)閾值的方法設(shè)計(jì)閾值，并且研究不確定系統(tǒng)的魯棒故障檢測(cè)。為了降低計(jì)算量，提出一種基于降維H∞濾波器的魯棒故障檢測(cè)方法。采用降維濾波器構(gòu)造殘差產(chǎn)生器，利用輸入信號(hào)和故障信號(hào)對(duì)殘差的誤差值的傳遞函數(shù)與輸入信號(hào)和故障信號(hào)對(duì)殘差的傳遞函數(shù)的關(guān)系，通過(guò)引入殘差的參考模型，將濾波器的設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為多個(gè)H∞范數(shù)的優(yōu)化問題，在此基礎(chǔ)上研究模型不確定系統(tǒng)的魯棒故障檢測(cè)。
　　考慮存在未知輸入信號(hào)的不確定系統(tǒng)，基于自適應(yīng)觀測(cè)器和滑模觀測(cè)

6、器理論，提出一種基于自適應(yīng)滑模觀測(cè)器的魯棒故障估計(jì)方法。將滑模觀測(cè)器用于故障重構(gòu)，采用自適應(yīng)律補(bǔ)償未知輸入信號(hào)對(duì)誤差系統(tǒng)的影響，采用滑模部分估計(jì)系統(tǒng)的故障，利用Lyapunov穩(wěn)定判據(jù)推導(dǎo)出故障估計(jì)觀測(cè)器存在的條件，利用滑模運(yùn)動(dòng)的特性給出故障估計(jì)的表達(dá)形式，并將所提方法用于衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的飛輪故障估計(jì)。
　　考慮模型不確定性，基于H∞濾波器設(shè)計(jì)方法，提出一種基于H∞自適應(yīng)觀測(cè)器的魯棒故障估計(jì)方法。利用 Lyapunov穩(wěn)定判據(jù)和