非高斯隨機(jī)分布控制系統(tǒng)的主動(dòng)故障檢測(cè)、故障分離與容錯(cuò)控制.pdf

1、20世紀(jì)70年代以后，自動(dòng)化開(kāi)始向復(fù)雜的系統(tǒng)控制和高級(jí)的智能控制方向發(fā)展，如何對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行早期和準(zhǔn)確的故障診斷與容錯(cuò)控制備受關(guān)注；同時(shí)，隨著控制理論內(nèi)容的不斷豐富以及在實(shí)際工程應(yīng)用中的不斷完善，在理論上為復(fù)雜系統(tǒng)的容錯(cuò)控制的研究奠定了基礎(chǔ)。由于實(shí)際的被控對(duì)象往往受外界隨機(jī)干擾、隨機(jī)參數(shù)攝動(dòng)等的影響，使得被控對(duì)象高斯分布的假設(shè)條件受到限制。因此，為了更加貼近工程實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，在非高斯條件下對(duì)隨機(jī)分布控制系統(tǒng)進(jìn)行研究更有現(xiàn)實(shí)意義。
　　

2、很多實(shí)際的工業(yè)過(guò)程都存在嚴(yán)重的非線性、耦合性和未建模動(dòng)態(tài)等，因此很難對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行精確的建模。結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造的 T-S模糊規(guī)則有很強(qiáng)的擬合能力，適用于處理復(fù)雜的非線性函數(shù)。T-S模糊模型可用于逼近隨機(jī)分布系統(tǒng)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性，為非高斯隨機(jī)分布系統(tǒng)的建模和控制算法的研究提供了便利。干擾和多個(gè)故障并存的情況對(duì)控制系統(tǒng)的性能提出了更大的難題和挑戰(zhàn)，在這種情況下，迫切需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障的檢測(cè)與分離。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)微小故障的檢測(cè)，提高故障檢測(cè)的精度，

3、對(duì)隨機(jī)分布系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)故障檢測(cè)的探索與研究。
　　本文以典型的隨機(jī)分布控制系統(tǒng)——化工反應(yīng)過(guò)程為背景，用 T-S模糊模型逼近系統(tǒng)的非線性動(dòng)態(tài)特性，并用徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)的輸出概率密度函數(shù)（PDF）進(jìn)行逼近。為了滿足隨機(jī)分布控制系統(tǒng)更高的性能要求，進(jìn)行了更為全面的研究，分別對(duì)非高斯隨機(jī)分布控制系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)故障檢測(cè)、故障分離與模型預(yù)測(cè)容錯(cuò)控制三個(gè)方面問(wèn)題的研究，具體內(nèi)容如下：
　?。?）對(duì)非高斯隨機(jī)分布控制(SD

4、C)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合適的輔助輸入信號(hào)，激勵(lì)系統(tǒng)顯現(xiàn)出潛在的故障，從而進(jìn)行主動(dòng)故障檢測(cè)，提高故障檢測(cè)的質(zhì)量。主動(dòng)故障檢測(cè)的策略是：在給定的測(cè)試周期內(nèi)輸入合適的輔助信號(hào)，用集員估計(jì)方法將輸出殘差用橢球集合進(jìn)行描述，通過(guò)判斷正常和故障系統(tǒng)輸出殘差的橢球集合的交集是否為空來(lái)進(jìn)行故障檢測(cè)。為了減小輔助輸入信號(hào)對(duì)正常系統(tǒng)輸出的影響，考慮設(shè)計(jì)最小能量的輔助信號(hào)。應(yīng)用集員估計(jì)時(shí)不需要擾動(dòng)的分布信息，只需假設(shè)擾動(dòng)未知但有界，與非高斯隨機(jī)分布系統(tǒng)的擾動(dòng)不服從高斯

5、分布的條件相契合。在考慮系統(tǒng)外界擾動(dòng)等不確定性最大的情況下，進(jìn)行橢球集合的更新，求解出最優(yōu)的輔助輸入信號(hào)，并代入系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)故障檢測(cè)。最后用MATLAB仿真對(duì)主動(dòng)故障檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證。
　?。?）針對(duì)擾動(dòng)和多個(gè)故障并存的情況，對(duì)基于T-S模糊模型的非高斯SDC系統(tǒng)進(jìn)行故障的檢測(cè)、分離與估計(jì)。只考慮發(fā)生執(zhí)行器故障的情況，將待分離以外的故障均看做是擾動(dòng)，組成增廣擾動(dòng)向量，并通過(guò)設(shè)計(jì)與執(zhí)行器數(shù)目相同的多個(gè)非奇異線性坐標(biāo)變換矩陣實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)和

6、待分離故障的解耦。解耦后將系統(tǒng)變換成兩個(gè)子系統(tǒng)，其中一個(gè)子系統(tǒng)只含一種待分離的故障，為故障的分離提供方便，同時(shí)也便于確定故障發(fā)生的通道。給出了故障發(fā)生的時(shí)間的確定方法及故障發(fā)生的通道，并設(shè)計(jì)與執(zhí)行器數(shù)目相同的多個(gè)自適應(yīng)故障診斷觀測(cè)器分別進(jìn)行故障的估計(jì)。最后用MATLAB仿真驗(yàn)證故障分離與估計(jì)算法的可行性。
　?。?）對(duì)用T-S模糊模型描述的非高斯SDC系統(tǒng)進(jìn)行模型預(yù)測(cè)控制的研究。對(duì)發(fā)生故障的系統(tǒng)如果不及時(shí)進(jìn)行容錯(cuò)控制，將影響產(chǎn)品的