基于觀測器的故障診斷與最優(yōu)容錯控制方法研究.pdf

1、隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，控制系統(tǒng)的規(guī)模和復雜性日益增加，因此切實保障現(xiàn)代復雜系統(tǒng)的可靠性和安全性變得越來越重要。故障診斷與容錯控制技術(shù)的出現(xiàn)，為提高復雜系統(tǒng)的可靠性和安全性開辟了一條新的途徑。
　　 針對實際中常見的類型已知的故障，即一類動態(tài)特性已知、初始條件未知的故障，本文利用基于觀測器的方法，對線性及線性時滯系統(tǒng)的故障診斷和容錯控制問題進行了研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　 (1)研究了線性系統(tǒng)基于降維狀態(tài)觀測器的故障

2、診斷方法。首先針對該類已知動態(tài)特性但未知初始條件的連續(xù)變化的故障，給出并證明了線性系統(tǒng)發(fā)生此類故障時故障可診斷性的充分條件。然后通過最優(yōu)控制理論和對偶原理，提出了一種新的基于降維狀態(tài)觀測器的最優(yōu)故障診斷器的設計方法，從而在實現(xiàn)在線故障診斷的同時使所設計的故障診斷器實現(xiàn)最優(yōu)。
　　 (2)研究了線性系統(tǒng)發(fā)生非完全失效故障情況下的容錯控制問題。提出了兩種動態(tài)容錯控制方法。首先提出了一種基于狀態(tài)反饋的動態(tài)最優(yōu)容錯控制方法，且考慮并解決

3、了最優(yōu)容錯控制的物理不可實現(xiàn)問題。該容錯控制方法在實現(xiàn)動態(tài)容錯控制的同時使系統(tǒng)滿足二次型最優(yōu)性能指標。然后提出了一種基于內(nèi)模原理的變結(jié)構(gòu)最優(yōu)容錯控制方法，該方法利用內(nèi)模原理結(jié)合故障診斷的結(jié)果設計了故障補償器以補償故障對系統(tǒng)輸出的影響，并給出了根據(jù)系統(tǒng)有無故障發(fā)生的情況進行變結(jié)構(gòu)最優(yōu)容錯控制的設計步驟。仿真結(jié)果驗證了兩種容錯控制方法的有效性。
　　 (3)研究了含有控制時滯的線性系統(tǒng)的故障診斷和容錯控制問題。推廣了線性系統(tǒng)的故障診

4、斷和容錯控制方法的思路，從而針對控制時滯系統(tǒng)提出了其故障診斷方法和兩種動態(tài)容錯控制方法。首先通過對控制時滯的無時滯變換，提出了線性時滯系統(tǒng)的基于降維狀態(tài)觀測器的故障診斷器的設計方法，該故障診斷方法在實時在線診斷出具體故障的同時觀測出了系統(tǒng)的狀態(tài)。然后提出了時滯系統(tǒng)的動態(tài)最優(yōu)容錯控制律的設計方法，并考慮了最優(yōu)容錯控制的物理不可實現(xiàn)問題。最后提出了時滯系統(tǒng)基于內(nèi)模原理的變結(jié)構(gòu)最優(yōu)容錯控制方法。仿真結(jié)果驗證了所提出的故障診斷和兩種容錯控制方法