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基于滑模观测器的故障重构方法研究

于金泳  
【摘要】: 随着动态系统对性能以及安全性和可靠性要求的不断提高,故障诊断和分离技术受到更多的关注。故障诊断的基本目的是当故障发生时产生告警并且识别故障发生的性质和位置。最常用的故障诊断方法就是通过比较测量输出和观测输出以产生残差,通过决策判断是否产生故障以及判断故障发生的位置。近年来,故障重构成为残差方法的一种新的替代方法,该方法不仅能检测和分离故障,而且能实现对故障的估计。因此,故障重构问题已经吸引了国内外众多学者的关注,并且己经取得了长足的进展。 本文研究了基于滑模观测器的故障重构方法。本论文主要内容包括以下几部分: 本文首先对基于滑模观测器的线性系统故障重构方法进行概述,并将其应用于车辆发动机电子节气门控制系统的执行器故障重构和传感器故障重构问题中。随后将该方法进一步推广,研究了基于滑模观测器的T-S模糊系统的传感器故障重构问题,给出了滑模观测器增益求解的迭代线性矩阵不等式方法,并应用于车辆电子稳定性控制系统的横摆角速度传感器和加速度传感器故障重构中。 分析了一类具有执行器故障的广义线性系统滑模观测器设计问题,将该问题转化为线性系统滑模观测器的设计,并由此给出了滑模观测器存在的充分条件。同时将该方法推广到一般形式的广义线性系统中。为充分利用滑模观测器各个参数的设计自由度,在提出一种新的广义线性系统规范型基础上,给出了基于规范型的广义线性系统滑模观测器设计方法,并将该方法和LMI设计方法相结合,实现观测器增益的求解。通过输出滤波器的引入,将具有传感器故障的广义线性系统的滑模观测器设计问题转化为具有执行器故障的广义线性系统的设计问题,并给出了具有传感器故障的广义线性系统的滑模观测器存在的充分条件。 分别针对具有不确定性和Lipschitz非线性的广义系统的执行器故障重构问题,给出了基于滑模观测器的故障重构设计方法,该方法能够保证从不确定项到故障重构误差的L2增益最小化。利用H∞控制理论,将该设计问题转化为具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题。 针对一类广义线性系统的级联滑模观测器设计问题,通过一种新的广义线性系统规范型的引入,给出了级联滑模观测器的设计方法和其存在的充分条件。随后将该方法扩展到一般形式的广义线性系统中,并给出了一般形式的广义线性系统级联滑模观测器存在的充分条件。


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