基于觀測(cè)器的倒立擺系統(tǒng)故障診斷.pdf

1、目前，故障檢測(cè)和診斷是控制領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，在模型已知的情況下，采用觀測(cè)器的方法是首選。雖然這種方法對(duì)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文針對(duì)倒立擺系統(tǒng)，基于觀測(cè)器的方法進(jìn)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(cè)器的倒立擺系統(tǒng)故障診斷。由于倒立擺系統(tǒng)有小車(chē)位移，速度，擺桿角度，角速度四個(gè)變量，并且測(cè)量量是小車(chē)位移和擺桿角

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

3、行故障診斷。倒立擺系統(tǒng)是一種強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)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(gè)邊界是已知的，這樣可以采用降維后的滑模觀測(cè)器來(lái)進(jìn)行故障檢測(cè)；第二種是故障的邊界是未知的，此時(shí)，在考慮滑模切換函數(shù)時(shí)，采用了具有時(shí)變性質(zhì)的滑模觀測(cè)器增益，這樣可以更有效的辨識(shí)故障。最后，針對(duì)一級(jí)小車(chē)倒立擺系統(tǒng)，利用Matlab軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證

4、，仿真結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的降維滑模觀測(cè)器能夠?qū)π≤?chē)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)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(wèn)題。同時(shí)考慮干擾和故障，利用滑模觀測(cè)器，對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)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(shè)計(jì)滑模觀測(cè)器進(jìn)行故障診斷。最后，利用MATLAB軟件進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明針對(duì)非線性的倒立擺系統(tǒng)，采用滑模觀測(cè)器能夠有效地進(jìn)行故障診斷，同時(shí)抑制干擾的影響。