線性參數(shù)變化系統(tǒng)的故障估計(jì)方法研究.pdf

1、現(xiàn)代控制系統(tǒng)正變得越來(lái)越復(fù)雜，人們對(duì)于系統(tǒng)的安全性和可靠性的要求也日益提高，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)控制的研究開始受到越來(lái)越多人的關(guān)注。故障診斷是容錯(cuò)控制的基礎(chǔ)，只有快速、準(zhǔn)確地診斷出系統(tǒng)中的故障，才能采取相應(yīng)的措施對(duì)故障進(jìn)行處理。故障診斷技術(shù)主要包括故障檢測(cè)、故障分離和故障估計(jì)三個(gè)部分，其中故障估計(jì)是最近幾年故障診斷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其有效地結(jié)合了故障檢測(cè)與故障分離的功能。主要原理是利用一個(gè)故障估計(jì)器重構(gòu)出系統(tǒng)的故障信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)故障的

2、檢測(cè)、分離，并了解故障的相關(guān)信息。目前在故障診斷領(lǐng)域，對(duì)故障估計(jì)的研究還比較少，主要是因?yàn)楣收系亩糠治鲭y度比較大，方法也比較匱乏。雖然在最近幾年里，該領(lǐng)域取得了一些研究成果，但仍然有許多問(wèn)題值得深入地去研究，其中之一就是故障估計(jì)系統(tǒng)的魯棒性問(wèn)題。復(fù)雜系統(tǒng)中可能存在模型的不確定性以及未知擾動(dòng)，故障估計(jì)器必須只對(duì)系統(tǒng)中存在的故障敏感，而不受模型的不確定性，以及系統(tǒng)中擾動(dòng)的影響。本文主要研究線性參數(shù)變化(LPV)系統(tǒng)的魯棒故障估計(jì)問(wèn)題。LP

3、V系統(tǒng)指的是一類特殊的線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其主要特征是，系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式依賴于一些時(shí)變參數(shù)，這些時(shí)變參數(shù)通常都是可以在線測(cè)量或估計(jì)的。LPV模型可以用來(lái)描述許多實(shí)際系統(tǒng)的非線性特性，因此研究LPV系統(tǒng)的故障估計(jì)問(wèn)題具有重要的意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了一類具有線性分式變換(LFT)形式的LPV系統(tǒng)的故障估計(jì)問(wèn)題，提出了一種LPV增益調(diào)度故障估計(jì)器的設(shè)計(jì)方法。方法的基本思想是：將原系統(tǒng)的時(shí)變參數(shù)從系統(tǒng)中分離出來(lái)，作為L(zhǎng)FT

4、結(jié)構(gòu)中的不確定部分。所設(shè)計(jì)的故障估計(jì)器同樣也可以轉(zhuǎn)化成LFT形式，其不確定部分也由時(shí)變參數(shù)組成。通過(guò)將原系統(tǒng)和故障估計(jì)器的時(shí)變部分放在一起作為整個(gè)故障診斷系統(tǒng)的不確定性部分，可以將LPV系統(tǒng)的故障估計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)不確定系統(tǒng)的魯棒控制問(wèn)題。利用定標(biāo)小增益定理和定標(biāo)有界實(shí)引理，將故障估計(jì)器存在的條件以線性矩陣不等式約束的形式來(lái)表示。通過(guò)求解線性矩陣不等式可以解決故障估計(jì)器的設(shè)計(jì)問(wèn)題。本文通過(guò)仿真驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的故障估計(jì)器的有效性。⑵研究了一

5、類具有仿射參數(shù)依賴關(guān)系的LPV系統(tǒng)的故障估計(jì)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種增益調(diào)度LPV故障估計(jì)器。主要思想是利用魯棒控制理論解決LPV系統(tǒng)的故障估計(jì)問(wèn)題。首先利用基于LPV系統(tǒng)的有界實(shí)引理將問(wèn)題有解的條件轉(zhuǎn)化為一個(gè)具有無(wú)限維線性矩陣不等式約束的凸優(yōu)化問(wèn)題，然后通過(guò)使用多凸的概念，將線性矩陣不等式的數(shù)目減少到有限個(gè)。此方法的特點(diǎn)是使用了參數(shù)依賴的Lyapunov函數(shù)來(lái)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)在合成估計(jì)器時(shí)，使用了參數(shù)變化率的相關(guān)信息。文中詳細(xì)介紹了估計(jì)

6、器的設(shè)計(jì)步驟，并利用一個(gè)數(shù)值例子仿真驗(yàn)證了方法的有效性。⑶研究了一類具有仿射參數(shù)依賴關(guān)系的離散 LPV系統(tǒng)的故障估計(jì)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種增益調(diào)度離散LPV故障估計(jì)器。利用離散LPV系統(tǒng)的有界實(shí)引理，以線性矩陣不等式的形式表示故障估計(jì)問(wèn)題有解的條件，并詳細(xì)介紹了LPV故障估計(jì)器的設(shè)計(jì)步驟。估計(jì)器與原系統(tǒng)具有同樣的參數(shù)依賴關(guān)系，因此所設(shè)計(jì)的故障估計(jì)器具有增益調(diào)度特性，通過(guò)仿真驗(yàn)證了方法的有效性。⑷研究了連續(xù)攪拌反應(yīng)釜(Continuous St