隨機丟包情形下非線性切換系統(tǒng)故障檢測.pdf

1、切換系統(tǒng)是由若干子系統(tǒng)和一組切換信號組成的動態(tài)系統(tǒng)。許多具有多模態(tài)本質(zhì)或變結(jié)構(gòu)性質(zhì)的物理系統(tǒng)可以用切換系統(tǒng)模型進行建模，如航空航天、電力系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、化工系統(tǒng)等。網(wǎng)絡(luò)通訊作為當(dāng)下信息傳播的一種便利手段，得到了廣泛的重視與應(yīng)用。當(dāng)切換系統(tǒng)運行在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，由網(wǎng)絡(luò)通訊受限誘導(dǎo)出的一系列問題如時延、丟包等會對系統(tǒng)的性能以及穩(wěn)定性造成不可估量的影響。網(wǎng)絡(luò)受限情形下切換系統(tǒng)的分析與綜合引起了學(xué)者們的重視，近年來一些針對線性切換系統(tǒng)的成果發(fā)表在國

2、際期刊上，并為復(fù)雜多模態(tài)切換系統(tǒng)的研究提供了先行理論基礎(chǔ)。然而，在網(wǎng)絡(luò)通訊受限下切換系統(tǒng)的故障檢測問題的研究成果還不是很豐富，而且在該領(lǐng)域已有的成果大多是關(guān)于線性切換系統(tǒng)的，有關(guān)非線性切換系統(tǒng)的故障檢測研究少之又少。
　　非線性作為物理系統(tǒng)中常見的現(xiàn)象，有時在系統(tǒng)建模分析時可以做近似線性化處理并得到近似化的系統(tǒng)模型，但是當(dāng)我們對控制系統(tǒng)的性能具有較高要求時，非線性項在系統(tǒng)建模時并不可以忽略，因此，針對網(wǎng)絡(luò)通訊受限下具有非線性特性的

3、切換系統(tǒng)進行研究十分必要。受到以上問題的啟發(fā)，本文試著對一類具有扇區(qū)非線性的離散切換系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)丟包情形下研究其故障診斷問題。根據(jù)現(xiàn)有的線性切換系統(tǒng)以及非線性切換系統(tǒng)中已有的相關(guān)結(jié)論，考慮在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在數(shù)據(jù)丟包的情形下，建立該類系統(tǒng)的統(tǒng)一框架，針對該類非線性切換系統(tǒng)進行若干故障診斷的方案的研究。
　　首先，本文引入了具有扇區(qū)非線性特性的離散切換系統(tǒng)模型，對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的丟包統(tǒng)一建模。考慮在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在數(shù)據(jù)丟失的情形下，設(shè)計一個

4、非線性切換系統(tǒng)的故障檢測器。目的是設(shè)計一個基于Luenberger觀測器的故障檢測器，滿足濾波誤差系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的，并且具有給定的l2增益性能。基于隨機系統(tǒng)問題的分析方法結(jié)合Lyapunov函數(shù)分析法并通過線性矩陣不等式的相關(guān)技術(shù)對所考慮的問題進行處理，本文針對非線性離散切換系統(tǒng)給出了基于觀測器的故障檢測器的設(shè)計方法。通過數(shù)值算例驗證了方法的可行性和有效性。
　　然后，根據(jù)前文中的物理環(huán)境，設(shè)計了一個基于Kalman濾波器的故障檢

5、測器，滿足濾波誤差系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的，并且具有給定的l2增益性能?；陔S機系統(tǒng)問題的分析方法結(jié)合Lyapunov函數(shù)分析法并通過線性矩陣不等式的相關(guān)技術(shù)對所考慮的問題進行處理，本文針對非線性離散切換系統(tǒng)給出了基于濾波器的故障檢測器的設(shè)計方法。通過數(shù)值算例驗證了方法的可行性和有效性。
　　本文的特點在于，在切換系統(tǒng)中引入了扇區(qū)非線性約束，建立故障診斷所需的濾波器/觀測器，建立了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)丟包情形下的故障診斷系統(tǒng)，通過構(gòu)造模態(tài)依賴Lyap