中低速磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)故障診斷與容錯控制研究.pdf

1、我國中低速磁浮交通即將進入商業(yè)運營階段，系統(tǒng)運行的可靠性已成為這一新型交通體系能否在我國生存和繼續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵要素。實現(xiàn)磁浮列車的可靠性設(shè)計，尤其是常規(guī)軌道交通不存在的懸浮控制的間隙傳感器和電磁鐵的故障診斷和容錯控制系統(tǒng)，是實現(xiàn)磁浮列車可靠運行的必要保證。本文針對系統(tǒng)的傳感器，以磁懸浮非線性不確定系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)，設(shè)計了基于非線性狀態(tài)觀測器的故障診斷算法，實現(xiàn)了對傳感器的故障診斷。設(shè)計了基于懸浮控制系統(tǒng)傳感器的狀態(tài)信息庫，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了

2、傳感器容錯控制算法，保證了傳感器故障前后懸浮控制系統(tǒng)具有一致的性能。設(shè)計了基于非線性擾動觀測器的電磁鐵故障診斷算法，在檢測到電磁鐵故障后，該算法能夠自適應重構(gòu)控制律以保證在故障前后控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。論文的主要工作包括：
　?。?）基于相關(guān)度分析算法處理三路間隙信號，使得間隙在對過接縫擾動不敏感的同時正確識別出間隙傳感器的故障，并獲得高可靠性的間隙信號；然后，基于系統(tǒng)的不確定性和擾動有界前提下，提出了一種非線性自適應阻尼狀態(tài)觀測器，

3、采用Lyapunov方法保證了觀測器是全局一致有界的，其能夠以任意精度實現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)信息的估計。把狀態(tài)觀測器與物理傳感器的輸出殘差作為傳感器的故障指示，如果傳感器發(fā)生了故障就會導致該殘差發(fā)生變化，從而可以檢測和診斷出該故障的發(fā)生。
　?。?）在假設(shè)懸浮控制系統(tǒng)模型不確定性有界的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種自適應滑模非線性觀測器作為系統(tǒng)的虛擬傳感器，并結(jié)合系統(tǒng)的物理傳感器構(gòu)建系統(tǒng)的狀態(tài)信息庫，實現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)的多重測量。以信息庫內(nèi)狀態(tài)的相關(guān)度為

4、指標，檢測相關(guān)狀態(tài)的偏離度，如果某一個狀態(tài)量與其他狀態(tài)的相關(guān)度大幅偏離，則確認相關(guān)的傳感器發(fā)生了故障，并在控制策略中采用其他傳感器作為控制系統(tǒng)的輸入完成系統(tǒng)的閉環(huán)反饋運算。文中證明，在信息庫內(nèi)輸入到控制器的狀態(tài)量切換過程中，系統(tǒng)具備不變的穩(wěn)定性和性能。
　　（3）探討了懸浮系統(tǒng)電磁鐵匝間短路故障的故障診斷與容錯控制問題。本文提出了基于電磁鐵特征參數(shù)增益觀測的故障診斷算法和相應的容錯控制方案。首先設(shè)計和提出了一種擾動觀測器，實現(xiàn)了對