網絡化控制系統(tǒng)故障診斷的若干方法研究.pdf

1、隨著大規(guī)模、高性能的現(xiàn)代控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，對系統(tǒng)安全性和可靠性的要求也越來越高。故障診斷技術是提高提高系統(tǒng)安全性和可靠性的一種重要途徑，因而深入研究故障診斷技術不但具有重要的理論意義，而且也具有巨大的實際應用價值。
　　 網絡化控制系統(tǒng)(NCSs)是一類基于通信網絡的閉環(huán)系統(tǒng)。隨著通信網絡嵌入控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的連接線大大減少，增強了系統(tǒng)的靈活性，系統(tǒng)便于維護和診斷；與此同時也帶了一些新的問題，如網絡傳輸時滯、數(shù)據(jù)丟包以及多包傳送

2、等。這些問題的出現(xiàn)使得網絡化控制系統(tǒng)的分析和綜合變得更加復雜和困難，同時這些問題的存在也往往是系統(tǒng)不穩(wěn)定和系統(tǒng)性能變差的根源。因此，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的故障診斷方法也無法直接應用于網絡化控制系統(tǒng)。正是在這一背景下，本文系統(tǒng)地研究了網絡化控制系統(tǒng)的故障診斷方法，主要內容和研究成果如下：
　　 研究了含有短時滯(傳輸時滯小于一個采樣周期)的網絡化控制系統(tǒng)魯棒故障檢測問題。分別采用了基于時滯補償控制器和基于時滯補償控制律的方法設計了故障檢測

3、濾波器。通過引入?yún)⒖細埐钅Ｐ?，將濾波器設計問題轉化為模型匹配問題：利用H∞控制理論，以線性矩陣不等式(LMI)的形式給出了問題解存在的條件以及濾波器的設計方法。
　　 研究了含有長時滯(傳輸時滯大于一個采樣周期)的網絡化控制系統(tǒng)魯棒故障檢測問題。通過分析NCSs具有的混雜系統(tǒng)特點，設計了一種基于觀測器的混雜系統(tǒng)故障檢測濾波器；借助對系統(tǒng)傳遞函數(shù)的輸入輸出通道的組合變換，將一個同時體現(xiàn)殘差對擾動的魯棒性以及對故障的靈敏性的性能指標

4、擴展至NCSs;引入時滯上下界，以矩陣不等式的形式給出濾波器設計問題的時滯區(qū)間依賴解，實現(xiàn)了在連續(xù)時間域內對網絡化控制系統(tǒng)的魯棒故障檢測，避免了系統(tǒng)離散化及其帶來的復雜性。
　　 研究了同時考慮網絡傳輸時滯和數(shù)據(jù)丟包的網絡化控制系統(tǒng)的魯棒故障檢測問題。利用時滯系統(tǒng)研究成果，將網絡化控制系統(tǒng)建模為一類具有雙加性狀態(tài)時滯項的連續(xù)時滯系統(tǒng)，設計了一種基于時滯、丟包依賴的魯棒故障檢測濾波器；選取一個合適的Lyapunov-Krasovs

5、kii泛函，在分析時滯系統(tǒng)H∞性能的基礎上，給出了NCSs濾波器的存在條件和求解方法。
　　 針對上述三部分中假設控制器給定的局限性，研究了控制器和故障診斷器的集成設計問題。首先根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程，建立基于觀測器的反饋控制器，并根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)方程和控制器方程建立閉環(huán)控制系統(tǒng)的混雜系統(tǒng)模型;結合閉環(huán)系統(tǒng)的特點，給出了狀態(tài)觀測器和反饋控制器的集成設計方法。在此基礎上，應用H∞控制理論進行控制器和故障診斷濾波器的集成設計，使系統(tǒng)漸近穩(wěn)定