網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)及其故障診斷研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)日益廣泛的應用,網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)及其故障診斷成為一個熱點研究課題。本文在詳細討論了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中存在的種種問題基礎(chǔ)上,針對其時變時延和信息調(diào)度等特點建立了相應的多時滯模型、周期模型和擬T-S模糊模型,并利用Lyapunov穩(wěn)定性理論、H∞魯棒理論和各種基于模型的觀測器設(shè)計方法對網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)及其故障診斷問題進行了研究。具體工作包括以下幾點:
　　首先,概括總結(jié)了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中存在的問題:帶寬有限、網(wǎng)絡(luò)誘導時延、

2、數(shù)據(jù)包丟失、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和協(xié)議,以及解決這些問題的一些典型方法。同時介紹了故障診斷和容錯控制的主要方法,回顧和總結(jié)了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的故障診斷和容錯控制的研究現(xiàn)狀。
　　針對網(wǎng)絡(luò)誘導時延的不確定特性,提出了一種遞階多模型切換控制的策略,以減小網(wǎng)絡(luò)誘導時延不確定性帶來的不利影響。考慮到網(wǎng)絡(luò)帶寬有限,為了減少全局控制信息的傳送,將控制系統(tǒng)分為主控制器級和局部控制器級兩層遞階結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)運行過程中,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)誘導時延和當前子系統(tǒng)最大允許時延的關(guān)

3、系選擇最佳的局部控制器。應用公共Lyapunov函數(shù)法,分析得到了系統(tǒng)穩(wěn)定的條件。
　　在研究采用靜態(tài)信息調(diào)度的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的故障診斷問題中,以狀態(tài)方程的形式描述了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中存在的靜態(tài)調(diào)度,從而將整個系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一個周期系統(tǒng)。應用周期系統(tǒng)的提升原理,我們將其轉(zhuǎn)化為時不變定常系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于H∞和H指標的魯棒故障觀測器的設(shè)計方法。對于高階或周期長等不適合運用提升原理的情形,我們提出了未知輸入觀測器設(shè)計方法,并利

4、用Lyapunov穩(wěn)定性定理,得出了觀測器系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件。
　　對于具隨機特性的網(wǎng)絡(luò)誘導時延的線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng),用擬T-S模糊模型對系統(tǒng)進行建模。在此模型基礎(chǔ)上研究了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定、H∞魯棒穩(wěn)定性問題和狀態(tài)估計、完整性設(shè)計問題。對網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的狀態(tài)估計,運用了模糊卡爾曼濾波器和魯棒H∞濾波器設(shè)計方法。給出了此種模糊卡爾曼濾波器穩(wěn)定條件并推導表明此種濾波器可實現(xiàn)無偏的狀態(tài)估計,給出了基于線性矩陣不等式的魯棒H∞濾波器

5、參數(shù)設(shè)計方法和穩(wěn)定條件。對于系統(tǒng)的完整性分析,不僅討論了執(zhí)行器和傳感器故障的完整性分析,而且考慮了執(zhí)行器和傳感器雙故障時系統(tǒng)的完整性分析。
　　針對具有隨機網(wǎng)絡(luò)時延的非線性網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng),采用兩層結(jié)構(gòu)的擬T-S模糊模型描述控制系統(tǒng)的不確定網(wǎng)絡(luò)誘導時延和非線性特性。在此模型的基礎(chǔ)上研究了基于模糊觀測器的故障診斷和基于觀測器的模糊控制問題。運用并行補償方法設(shè)計了模糊系統(tǒng)的觀測器,并給出了干擾分離和觀測器漸近穩(wěn)定的充分條件。干擾分離運用