基于觀測(cè)器的魯棒故障檢測(cè)方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代控制系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度的不斷增加，對(duì)系統(tǒng)安全性和可靠性的要求也越來(lái)越高。故障診斷技術(shù)的出現(xiàn)，為解決這一問(wèn)題開辟了嶄新的途徑。
　　近年來(lái)，人們開始利用H-和H∞技術(shù)來(lái)刻畫故障敏感性及擾動(dòng)魯棒性，并由此產(chǎn)生了很多有效的魯棒故障診斷方法。但是這些方法仍存在一些不足之處。比如，針對(duì)線性時(shí)滯系統(tǒng)，已有方法沒(méi)有考慮時(shí)滯對(duì)故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)的影響。另一方面，針對(duì)帶有仿射不確定性的線性隨機(jī)系統(tǒng)的魯棒故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)也有一些問(wèn)題需要解

2、決。例如，已有技術(shù)只是考慮了設(shè)計(jì)具有固定增益的故障檢測(cè)濾波器，當(dāng)系統(tǒng)不確定參數(shù)攝動(dòng)范圍較大時(shí)，設(shè)計(jì)具有單一固定增益的故障檢測(cè)濾波器會(huì)具有較大的保守性。針對(duì)一類包含參數(shù)不確定性、高斯隨機(jī)噪聲、時(shí)延以及Lipschitz型非線性項(xiàng)的復(fù)雜非線性系統(tǒng)故障檢測(cè)問(wèn)題，系統(tǒng)模型不能精確的線性化時(shí)，設(shè)計(jì)非線性觀測(cè)器會(huì)變得更加困難。另外，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)問(wèn)題也受到人們更多的重視。對(duì)于和控制器處于相同位置的故障檢測(cè)單元來(lái)說(shuō)，同時(shí)發(fā)生在傳感器到控制器和

3、控制器到執(zhí)行器兩個(gè)鏈路上的丟包信息的獲取是較為困難的，飽和現(xiàn)象的出現(xiàn)也使得問(wèn)題變得更為復(fù)雜。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，本文在前人工作的基礎(chǔ)上，提出了若干新的故障診斷方法。首先，參考已有文獻(xiàn)結(jié)果，給出線性時(shí)滯系統(tǒng)直接描述故障與擾動(dòng)的有限頻H-/H∞性能指標(biāo)，并給出了時(shí)滯依賴的故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)條件，以減小已有方法的保守性;針對(duì)帶有時(shí)變仿射不確定性的線性隨機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)引入恰當(dāng)?shù)那袚Q機(jī)制，設(shè)計(jì)變?cè)鲆婀收蠙z測(cè)濾波器，此方法可以減小因設(shè)計(jì)具有固定

4、增益的故障檢測(cè)濾波器而帶來(lái)的保守性;針對(duì)一類帶有時(shí)延的非線性高斯隨機(jī)系統(tǒng)給出一種基于高增益非線性觀測(cè)器的L2故障檢測(cè)方法。對(duì)于丟包同時(shí)發(fā)生在傳感器到控制器和控制器到執(zhí)行器間的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，在傳感器飽和約束的影響下，設(shè)計(jì)了魯棒故障檢測(cè)濾波器使得系統(tǒng)指數(shù)均方穩(wěn)定并滿足H∞性能指標(biāo)。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下:
　　1.針對(duì)線性時(shí)滯系統(tǒng)，我們提出了新的基于有限頻的故障檢測(cè)方法。首先，參考已有文獻(xiàn)，通過(guò)直接描述故障與擾動(dòng)的有限頻特性

5、，解決了頻率加權(quán)帶來(lái)的不準(zhǔn)確性問(wèn)題;進(jìn)一步，在有限頻范圍內(nèi)給出具有時(shí)滯依賴的故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)條件，以減小時(shí)滯獨(dú)立故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)條件的保守性。最后，與已有結(jié)果的比較證明了所提方法的優(yōu)越性。
　　2.針對(duì)帶有時(shí)變仿射不確定性的線性隨機(jī)系統(tǒng)，給出了基于切換技術(shù)的故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)條件。與已有結(jié)果相比，本章的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)就在于利用時(shí)變不確定性的上下界信息，結(jié)合切換技術(shù)設(shè)計(jì)具有變?cè)鲆娴墓收蠙z測(cè)濾波器。這樣，可以減小因設(shè)計(jì)具有固定增益的故

6、障檢測(cè)濾波器而帶來(lái)的保守性。
　　3.針對(duì)一類帶有時(shí)延的非線性高斯隨機(jī)系統(tǒng)給出一種基于高增益非線性觀測(cè)器的L2故障檢測(cè)方法。所考慮的系統(tǒng)中包含參數(shù)不確定性、高斯隨機(jī)噪聲、時(shí)延以及Lipschitz型非線性項(xiàng)。設(shè)計(jì)目的是研究一類魯棒觀測(cè)器，使得估計(jì)誤差的動(dòng)態(tài)在噪聲和不確定性存在的情況下具有均方意義的隨機(jī)指數(shù)穩(wěn)定性和L2魯棒性能。這種新的高增益觀測(cè)器的設(shè)計(jì)思路使用Lyapunov方法和隨機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法，整體的設(shè)計(jì)過(guò)程不須求解微

7、分不等式，同時(shí)所設(shè)計(jì)的故障檢測(cè)觀測(cè)器的形式直接顯式地推導(dǎo)出來(lái)。觀測(cè)器中的設(shè)計(jì)參數(shù)的選取不須使用數(shù)值計(jì)算來(lái)求解任何矩陣不等式。仿真算例驗(yàn)證了本章提出方法的有效性。
　　4.針對(duì)傳感器飽和約束條件下網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在傳感器到控制器和控制器到執(zhí)行器兩個(gè)鏈路同時(shí)丟包的情況，考慮故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)問(wèn)題。假設(shè)丟包用兩個(gè)獨(dú)立的伯努利分布序列來(lái)描述，設(shè)計(jì)了故障檢測(cè)濾波器來(lái)抑制干擾和故障對(duì)估計(jì)誤差的影響?；诰€性矩陣不等式技術(shù)給出傳感器飽和約束條件下魯