基于模型的不確定系統(tǒng)魯棒故障檢測與估計方法研究.pdf

1、由于存在對不確定系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和所受干擾的認識不全面的問題，使得對其進行數(shù)學(xué)建模時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不確定系統(tǒng)進行故障診斷時，研究如何降低不確定性對故障診斷結(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的問題。本文對不確定系統(tǒng)基于模型的魯棒故障檢測和估計問題進行了研究。針對不確定系統(tǒng)故障檢測和估計方法中存在

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和估計方法，主要內(nèi)容如下：
　　考慮存在未知輸入信號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∞故障檢測觀測器設(shè)計方法。利用H指標(biāo)和H∞范數(shù)理論，將故障檢測觀測器的設(shè)計問題轉(zhuǎn)換為矩陣不等式組約束條件的最優(yōu)問題，通過對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)化問題來求解故障檢測觀測器。在殘差評價中，采用自適應(yīng)閾值的方法設(shè)計閾值，研究模型不確定系統(tǒng)魯棒故障檢測。進一步考慮部分噪聲統(tǒng)計特性已知的情況，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)表示白噪聲對殘差的影響，提出一種基于2H/H/H∞觀測器的魯棒故障檢測方法，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。故障檢測觀測器設(shè)計方法被

4、進一步推廣到Lipschitz非線性不確定系統(tǒng)，得到系統(tǒng)故障檢測觀測器存在的充分條件，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。
　　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∞故障檢測濾波器設(shè)計方法。利用H∞范數(shù)理論，將故障檢測濾波器的設(shè)計問題轉(zhuǎn)換為矩陣不等式約束的最優(yōu)問題，對矩陣不等式非線性部分進行線性化處理，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。在殘差評價

5、階段，采用自適應(yīng)閾值的方法設(shè)計閾值，并且研究不確定系統(tǒng)的魯棒故障檢測。為了降低計算量，提出一種基于降維H∞濾波器的魯棒故障檢測方法。采用降維濾波器構(gòu)造殘差產(chǎn)生器，利用輸入信號和故障信號對殘差的誤差值的傳遞函數(shù)與輸入信號和故障信號對殘差的傳遞函數(shù)的關(guān)系，通過引入殘差的參考模型，將濾波器的設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為多個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。
　　考慮存在未知輸入信號的不確定系統(tǒng)，基于自適應(yīng)觀測器和滑模觀測

6、器理論，提出一種基于自適應(yīng)滑模觀測器的魯棒故障估計方法。將滑模觀測器用于故障重構(gòu)，采用自適應(yīng)律補償未知輸入信號對誤差系統(tǒng)的影響，采用滑模部分估計系統(tǒng)的故障，利用Lyapunov穩(wěn)定判據(jù)推導(dǎo)出故障估計觀測器存在的條件，利用滑模運動的特性給出故障估計的表達形式，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。
　　考慮模型不確定性，基于H∞濾波器設(shè)計方法，提出一種基于H∞自適應(yīng)觀測器的魯棒故障估計方法。利用 Lyapunov穩(wěn)定判據(jù)和