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《上海交通大学》 2008年
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LPV系统的鲁棒故障估计与主动容错控制

崔平  
【摘要】: 动态系统的安全性、可靠性和对环境的污染问题日益受到人们的重视,这些要求不仅仅局限于核反应堆、化工过程、飞行器等安全性很重要的系统,而且已经扩展到诸如自主车辆、快速轨道交通等新型系统。故障诊断与容错控制是提高自动化系统可靠性与安全性的有效途径。因此深入研究故障诊断与容错控制技术,不但具有重要的理论意义,而且具有很大的实际应用价值。由于建模不确定性和未知扰动的广泛存在,近年来鲁棒故障诊断也受到了广泛关注。 线性参数变化(LPV)系统是一类特殊的线性系统,其状态空间矩阵(系统状态空间描述中的系数矩阵,简称“状态空间矩阵”)是某些时变参数向量的函数。当这些时变参数沿某给定的参数轨迹变化时,LPV系统就退化为一般的线性时变(LTV)系统;当这些参数为某固定值时,系统退化为线性定常(LTI)系统。而且从实际应用的角度来看,通过沿参数轨迹进行线性化可以将一大类非线性系统转化为LPV系统。因此,有必要研究LPV系统的鲁棒故障诊断与容错控制。目前关于LPV系统的鲁棒故障诊断与容错控制已经引起了广泛关注,成为控制界的热门研究课题之一。 本文重点研究了一类LPV系统的鲁棒故障估计、时滞LPV系统的鲁棒故障估计、LPV系统的鲁棒控制器与鲁棒故障估计器的联合设计、以及基于H∞增益调度技术的主动容错控制问题。本文的创新点主要有以下几点: (1)针对一类LPV系统,提出了一种鲁棒H∞故障估计器的设计方法。这类系统的特点是其状态空间矩阵仿射依赖于时变参数向量。本文首先将鲁棒故障估计问题转化为鲁棒H∞控制问题。然后基于增益调度思想和LPV系统的有界实引理,以线性矩阵不等式的形式给出了LPV故障估计器存在的充分必要条件,并给出了自调度LPV故障估计器的详细构造方法,所构造的LPV故障估计器与被检测对象具有相同的参数依赖关系。最后通过计算机仿真验证了该方法的有效性。 (2)针对一类时滞LPV系统,提出了一种鲁棒故障估计器的设计方法。这类系统的特点是其状态空间矩阵仿射依赖于一组可实时测量的时变参数,系统中存在未知的状态时滞,且时滞的变化率有界。基于H∞控制理论和时滞LPV系统的有界实引理,以线性矩阵不等式为工具,推导了自调度LPV故障估计器存在的充分条件,并给出了一种与被检测对象具有相同参数依赖关系的鲁棒LPV故障估计器的构造方法,所构造的故障估计器能够有效、快速地跟踪故障信号,并且对状态时滞和外界不确定扰动具有良好的鲁棒性。 (3)针对一类仿射参数依赖的不确定LPV系统,提出了一种鲁棒控制器/故障估计器的联合设计方法,即同时设计鲁棒控制器和故障估计器。首先通过引入故障估计误差,将联合设计问题转化为H∞控制问题,再引入虚拟性能块,将鲁棒控制问题转化为鲁棒稳定性问题。然后基于定标H∞理论,给出了LPV系统的定标有界实引理,并在此基础上导出了LPV联合“控制器/故障估计器”存在的充分条件。当条件满足时,给出了该联合“控制器/故障估计器”的构造方法。所构造的LPV联合“控制器/故障估计器”与对象具有相同的参数依赖关系,且能够同时给出鲁棒控制信号和故障估计信号。最后针对一个具有调节器故障的不确定系统进行了仿真研究,验证了方法的有效性。 (4)基于增益调度H∞设计策略提出了一种新的主动容错控制方案。首先针对同时出现传感器故障、部件故障和调节器故障的情形,建立了故障系统的LPV模型。然后在假设故障对系统矩阵的影响可以表示为仿射参数依赖的前提下,基于增益调度H∞理论设计了一种可重构的鲁棒LPV控制器,该控制器为故障影响因子的函数,即控制器的调度变量为故障影响因子,可以利用故障检测与分离机构所产生的残差来对故障影响因子进行在线估计。为了验证所提出的主动容错策略的有效性,针对两级倒立摆系统中的电机测速回路故障问题,设计了主动容错控制器。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP13

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 许国德;基于LMI的蒸汽发生器水位系统故障估计[D];哈尔滨工程大学;2012年
【参考文献】
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1 周东华,王桂增;第五讲 故障诊断技术综述[J];化工自动化及仪表;1998年01期
2 王占山;张化光;;一类非线性系统的鲁棒故障估计[J];控制与决策;2005年12期
3 王红茹;王常虹;高会军;;时滞离散马尔可夫跳跃系统的鲁棒故障检测[J];控制与决策;2006年07期
4 王红茹;王常虹;高会军;;一类时滞LPV系统的鲁棒故障检测[J];控制与决策;2006年10期
5 周东华;孙优贤;席裕庚;张钟俊;;一类非线性系统参数偏差型故障的实时检测与诊断[J];自动化学报;1993年02期
6 叶银忠,潘日芳,蒋慰孙;动态系统的故障检测与诊断方法(综述)[J];信息与控制;1985年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓勤;若干个不同部件并联可修系统可用度的研究[J];阿坝师范高等专科学校学报;2005年03期
2 李素云;张德祥;;基于小波变换的汽车齿轮箱振动信号故障分析[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2012年01期
3 张德祥;吴小培;卢一相;;EMD在汽车变速齿轮箱振动故障分析的应用[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年02期
4 余丙荣;周明龙;李玲纯;;基于遗传算法的WANN的汽车发动机故障诊断分析[J];安徽工程大学学报;2011年01期
5 任和生;状态观测器在故障诊断中的应用[J];北方工业大学学报;1992年03期
6 肖燕彩;陈秀海;朱衡君;;改进的离散灰色模型及其应用[J];北京交通大学学报;2008年01期
7 魏长流,敖世奇;基于神经网络专家系统的炮兵射击指挥系统故障诊断[J];兵工自动化;2004年05期
8 沈鹏;徐景硕;杨号;;小波分析在陀螺信号检测中的应用[J];兵工自动化;2007年10期
9 常波;周徐昌;胡博;;单自由度陀螺仪冗余系统的故障检测与识别[J];兵工自动化;2007年12期
10 葛哲学;杨拥民;胡政;陈仲生;;非高斯噪声下基于Unscented粒子滤波器的非线性系统故障诊断方法[J];兵工学报;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张端金;张爱玲;;基于观测器的Delta算子系统故障检测[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 刘士荣;何文波;;基于强跟踪粒子滤波器的非线性系统故障诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 胡文金;周东华;;基于输入等价干扰的DC-DC变换器自适应控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 王树彬;黄鹤;韩笑冬;王执铨;;一种基于细化故障的容错控制设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 谭琳;文成林;;一种基于多模式的故障检测方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 陶建武;高玉宝;常文秀;;基于知识的故障诊断模型的建立及应用[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
7 高颀;付梦印;;GPS导航计算机故障检测仪的设计与开发[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
8 刘建辉;夏士雄;郭嗣琮;;基于模糊故障诊断的推理模型研究[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
9 叶银忠;李海量;;基于内关联性的测量系统故障检测与信号校正[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
10 谢文祥;饶仲海;薛钧义;;基于神经网络的参数估计在线性系统故障诊断中的应用[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 吕宁;基于数据驱动的故障诊断模型及算法研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
5 周子冠;电网多数据源在线诊断方法研究[D];中国电力科学研究院;2010年
6 王志颖;复杂装备智能机内测试技术研究[D];电子科技大学;2011年
7 韩晓明;基于符号有向图和支持向量机的故障诊断方法的研究[D];太原理工大学;2011年
8 刘江;基于鲁棒估计理论的列车组合定位方法研究[D];北京交通大学;2011年
9 岑朝辉;卫星姿态控制系统中的故障诊断研究[D];华中科技大学;2011年
10 袁帅;时滞切换系统H_∞故障估计问题研究[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蒲锰;非侵入式矿井提升机PLC电控系统实时故障诊断方法的研究[D];山东科技大学;2010年
2 李安新;BP神经网络研究与硬件实现[D];山东科技大学;2010年
3 宋清华;Delta算子描述的不确定时滞系统鲁棒容错控制[D];郑州大学;2010年
4 赵培君;奇异系统的故障诊断和最优容错控制[D];郑州大学;2010年
5 阎明;蒸汽发生器故障预报方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 刘业明;潜艇位姿控制系统智能故障诊断技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 朱明;基于信息熵的导航传感器故障诊断技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 栾厚斌;综合舰桥系统信息集成处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 胡雅馨;基于粗糙集与证据理论的瓦斯传感器故障诊断技术的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 蔡志达;模糊理论在原油管道加热炉故障检测与诊断中的应用[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈毅华,钟嘉鸣,祝庚;浅谈故障诊断技术及软件可靠性模型[J];湘南学院学报;2004年05期
2 余修敏,王日清;秦山 300MW 核电机组主冷却剂系统汽相破口模拟实验[J];核动力工程;1998年03期
3 郑小霞,钱锋;动态系统故障诊断技术的研究与发展[J];化工自动化及仪表;2005年04期
4 付明玉,边信黔,史觊,辛成东,魏东;船用核动力装置专家系统技术研究[J];核科学与工程;2002年03期
5 赵翔;黄磊;刘健;周绍骑;;现代故障诊断技术研究现状与趋势[J];后勤工程学院学报;2006年02期
6 张玉敏;孙吉兵;朱春来;;核安全与辐射安全[J];舰船防化;2008年04期
7 范士娟;杨超;;液压系统故障诊断方法综述[J];机床与液压;2009年05期
8 谭政华,胡光锐;计算智能在故障诊断专家系统中的应用[J];计算机工程与应用;1999年06期
9 高天云;浅谈提高保护系统的可靠性[J];石油化工自动化;2004年01期
10 任伟,叶银忠;混合智能控制浅析[J];南通航运职业技术学院学报;2004年02期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 王占山,张化光;一类自适应观测器的故障估计性能[J];东北大学学报;2004年12期
2 郑连伟,郭立山,刘晓平;一类线性参数变化时滞系统的H_∞控制[J];控制与决策;2001年05期
【相似文献】
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1 胡寿松,范存海;基于KX容错观测器的可靠控制系统设计[J];控制与决策;1994年06期
2 张宇声,孙丰瑞;基于解析冗余的容错控制——控制率重构研究[J];海军工程大学学报;2004年01期
3 杨虹,孙金生,王执铨,胡寿松;时滞不确定系统的鲁棒容错控制[J];南京理工大学学报(自然科学版);2005年02期
4 孙金生,李军,冯缵刚,胡寿松;鲁棒容错控制系统设计[J];控制理论与应用;1994年03期
5 王占山,李奇安,李平;不确定时滞线性系统的鲁棒容错控制[J];石油化工高等学校学报;2001年02期
6 蔡海鹰,顾伟,褚健新;基于神经网络的DCS系统可靠性容错控制[J];测控技术;2002年04期
7 谭杰;化工过程工艺参数的故障检测技术[J];石油化工自动化;2003年01期
8 王敏,臧曙,周东华;非线性动态系统的容错控制[J];计算技术与自动化;2004年04期
9 白连平;孙佃升;;无刷直流电动机换相控制的研究[J];控制工程;2007年S1期
10 刘建;冯雷星;;某型航空发动机容错控制仿真研究[J];电子测量技术;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王树彬;黄鹤;韩笑冬;王执铨;;一种基于细化故障的容错控制设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 刘伟;汪志鸣;;数据包丢失的不确定奇摄动网络化容错控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 王敏;臧曙;周东华;;非线性动态系统的容错控制[A];04'中国企业自动化和信息化建设论坛暨中南六省区自动化学会学术年会专辑[C];2004年
4 罗小元;武晓晶;关新平;;一类非线性时滞系统基于观测器的自适应容错控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 黄力民;;部分变元稳定性方法在容错控制中的应用[A];1995年中国控制会议论文集(下)[C];1995年
6 唐焱;孙金生;王执铨;;离散时滞系统的容错控制[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
7 黄翼虎;贾喜梅;;基于模糊观测器的容错系统设计[A];中国仪器仪表学会第九届青年学术会议论文集[C];2007年
8 陶永华;;随机极点配置容错控制策略[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
9 王晓东;杨德生;;神经网络在导弹容错控制中的应用[A];1995年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集(上册)[C];1995年
10 孙金生;王执铨;李军;冯瓒刚;;具有完整性的观测器状态反馈控制系统设计[A];1993中国控制与决策学术年会论文集[C];1993年
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1 李高云;大型船舶航向/航迹智能容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 许域菲;近空间飞行器非线性容错控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
3 宁继鹏;船舶动力定位容错控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
4 金小峥;基于自适应技术的分布式系统容错控制[D];东北大学;2010年
5 闫鑫;基于滑模的航天器执行机构故障诊断与容错控制研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
6 李金阳;反应堆控制系统容错控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
7 吴军生;时滞系统容错控制若干方法研究[D];上海交通大学;2009年
8 王向;复杂非线性系统智能故障诊断及容错控制方法研究[D];燕山大学;2012年
9 王德军;故障诊断与容错控制方法研究[D];吉林大学;2004年
10 赵峻;基于学习方法的非线性系统主动容错控制研究[D];中国矿业大学;2010年
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1 程应峰;基于逆系统多模型主动容错控制方法研究[D];兰州理工大学;2011年
2 郑叶飞;基于模型的集散系统智能化容错控制[D];上海海运学院;2000年
3 蔡海鹰;散货码头集散控制系统的容错控制[D];上海海运学院;2001年
4 任俊超;广义系统的容错控制[D];广东工业大学;2003年
5 杨虹;时滞系统的鲁棒容错控制研究[D];南京理工大学;2004年
6 谈苑华;面向极端制造装备的液压巨系统的容错技术研究[D];重庆大学;2010年
7 金路;减摇鳍故障诊断及容错控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2001年
8 许德智;基于逆系统方法的主动容错控制研究[D];兰州理工大学;2010年
9 冯冲;串级系统主动容错控制设计[D];大连理工大学;2004年
10 史运涛;故障诊断与容错控制在电厂热工系统中的应用研究[D];华北电力大学(北京);2003年
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