广义系统观测器设计及故障诊断

【摘要】：本文的工作是围绕广义系统观测器的设计及故障检测和诊断而 展开。首先对控制系统的变结构控制、广义系统、故障检测和诊断技 术研究方法和成果进行了回顾。然后,本文重点讨论了两种观测器的 设计及其故障检测和诊断方法:基于滑模观测器的广义系统故障检测 和诊断方法、基于函数观测器的广义系统故障检测和诊断方法。 近二十年来,为了提高系统运行的可靠性,寻找更为有效的方法 对控制系统进行故障检测和诊断(FDI)一直是研究的热点。故障检 测的目的是当故障发生时能够及时报警,而故障隔离(诊断)的目的 是能够准确地确定故障所发生的位置。在对系统的结构特征以及系统 的输入输出信号分析的基础上,获得表征系统故障的信息,以检测并 分离出系统的故障,是进行系统容错控制决策的基础,具有重要的意 义。 目前,故障检测和诊断最有效的方法之一是基于观测器的设计方 法。这种方法的主要思想是构建观测器去估计系统的输出,再利用实 际输出和估计输出的差值生成残差信号,由此残差信号,对系统的故 障进行分析和判断。 滑模观测器对不确定的参数变量和噪声具有不敏感性和良好的 鲁棒性,设计和补偿都很简单,这些都决定了滑模观测器是一种很好 的观测器设计方法。观测器的参数化可用于解决最优H2 H∞ 滤波问 题,鲁棒观测器,观测--控制器设计及故障检测等设计问题。 本文 分别讨论了滑模观测器和函数观测器的设计方法及其在故障检测中 的应用。分析了观测器的生成机理,最后给出了数值仿真例子以阐述 所提方法的使用步骤。