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动态系统的鲁棒故障检测与分离方法研究

王红茹  
【摘要】: 随着航空、航天、核工业、机器人等高技术领域和各种民用工业领域技术水平的迅速发展,其设备装置和工程控制系统的规模和复杂性日益增加,同时投资也越来越大,因此对于这些投资巨大、复杂的大型系统,其可靠性、可维修性和有效性显得越来越来重要。故障检测与诊断技术为提高系统的可靠性与安全性开辟了一条新的途径,因而动态系统的故障检测与诊断技术成为正在迅速发展的研究领域。其核心问题是故障检测系统的鲁棒性,这也是一个故障检测系统是否具有实用价值的最重要的指标之一,是故障检测与诊断理论研究与应用中必须加以解决的重要课题。 本论文研究了动态系统的鲁棒故障检测与分离问题,基于故障检测滤波器和阈值逻辑方法,采用线性矩阵不等式技术,研究了范数有界不确定系统、时滞不确定系统、时滞LPV系统、时滞马尔可夫跳跃系统、非线性系统的鲁棒故障检测与分离问题。 首先,针对非时滞不确定系统和具有状态时滞的不确定系统,采用全阶滤波器构造残差产生系统,利用H∞控制理论将这两类系统的故障检测与分离问题转化为H∞滤波问题,采用线性矩阵不等式技术将鲁棒故障检测滤波器的设计转化为具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,可利用标准的数学软件求取。采用阈值逻辑方法评价所产生的残差信号,以提高故障检测系统的鲁棒性。 其次,本论文研究了时滞LPV系统的鲁棒故障检测与分离问题,利用参数依赖滤波器构造残差产生系统,即所设计的故障检测滤波器也是时变系统,其参数矩阵是时变参数的确定函数。应用线性矩阵不等式技术,推导了此类系统故障检测滤波器存在的充分条件,通过引入附加矩阵实现解耦,简化了此类系统故障检测滤波器的综合问题。采用基函数和网格技术将无限维矩阵不等式的求解转化为有限维矩阵不等式组的可解性问题,并将滤波器的设计问题转化为凸优化问题。数值仿真表明,所设计的滤波器检测故障的同时,还可分离同时发生的多个故障。 然后,针对系统模态按照一定概率而变的时滞马尔可夫跳跃系统,采用具有马尔可夫跳跃参数的滤波器构造残差产生系统,分别研究了具有常数时滞、模态依赖时滞的马尔可夫跳跃系统的鲁棒故障检测与分离问题。应用变量替换


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