基于觀測器的倒立擺系統(tǒng)故障診斷.pdf

1、目前，故障檢測和診斷是控制領域的一個研究熱點，在模型已知的情況下，采用觀測器的方法是首選。雖然這種方法對系統(tǒng)模型的要求比較高，但是采用這種方法具有高效率、很好的可行性和魯棒性強等優(yōu)點。
　　本文針對倒立擺系統(tǒng)，基于觀測器的方法進行故障診斷，從而得出基于模型的故障診斷方法。本文主要工作如下：
　　一、研究了基于降維觀測器的倒立擺系統(tǒng)故障診斷。由于倒立擺系統(tǒng)有小車位移，速度，擺桿角度，角速度四個變量，并且測量量是小車位移和擺桿角

2、度，若直接使用全維狀態(tài)觀測器進行故障診斷，則會造成工程上的浪費，因此本文采用了降維觀測器的方法，對倒立擺系統(tǒng)進行故障診斷。此方法結(jié)構簡單，并且能夠節(jié)省成本。利用自適應觀測器對此系統(tǒng)進行故障診斷，通過解線性矩陣不等式求出觀測器增益矩陣L，最后通過MATLAB仿真所提出的基于降維觀測器故障診斷方法進行仿真驗證。仿真結(jié)果表明，本文所提出的自適應降維觀測器能夠有效地對倒立擺系統(tǒng)進行故障診斷。
　　二、研究了利用降維滑模觀測器對倒立擺系統(tǒng)進

3、行故障診斷。倒立擺系統(tǒng)是一種強耦合的非線性系統(tǒng)，對倒立擺系統(tǒng)進行線性化后，得到的線性模型與原系統(tǒng)必然存在偏差，因此本文采用不確定線性模型描述倒立擺系統(tǒng)?？紤]兩種故障情況：第一種是故障是有界的，并且這個邊界是已知的，這樣可以采用降維后的滑模觀測器來進行故障檢測；第二種是故障的邊界是未知的，此時，在考慮滑模切換函數(shù)時，采用了具有時變性質(zhì)的滑模觀測器增益，這樣可以更有效的辨識故障。最后，針對一級小車倒立擺系統(tǒng)，利用Matlab軟件進行仿真驗證

4、，仿真結(jié)果表明本文所設計的降維滑模觀測器能夠?qū)π≤嚨沽[系統(tǒng)進行有效地故障診斷。
　　三、倒立擺系統(tǒng)是一種非線性系統(tǒng)，因此本文研究在非線性模型下，倒立擺系統(tǒng)的故障診斷問題。同時考慮干擾和故障，利用滑模觀測器，對倒立擺系統(tǒng)進行故障診斷。考慮兩種故障：執(zhí)行器故障和傳感器故障，分別設計滑模觀測器進行故障診斷。最后，利用MATLAB軟件進行仿真，仿真結(jié)果表明針對非線性的倒立擺系統(tǒng)，采用滑模觀測器能夠有效地進行故障診斷，同時抑制干擾的影響。