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化工储液罐液位控制系统的故障诊断与调节技术研究

朱德纹  
【摘要】:现代科学技术的飞速发展使得化工过程日趋复杂化、精细化和大型化。对于复杂的大型化工生产过程,为了保障其安全生产,故障诊断则是必不可少的。由于化工生产长期处于不停机生产的状态,长时间的工作会导致一些不可避免的元器件损耗和线路老化等故障,从而导致生产系统停机影响经济效益,甚至引发爆炸等严重的后果。本文结合相关化工过程中最常见的储液罐液位控制系统,将其建模为切换系统模型来对其进行故障诊断的研究。目前,对于切换系统的研究,许多文献都主要侧重对系统的稳定性方面进行分析研究,而在对于切换系统的故障诊断的问题上却研究得较为稀少。而本文针对化工储液罐液位控制系统,将其建模为基于观测器方法的切换系统的故障诊断问题进行研究。研究内容如下:1.研究了储液罐液位控制系统有限频域内的执行器故障检测滤波器的设计问题。通过切换李雅普诺夫函数技术和平均驻留时间方法,来实现对故障残差信号的敏感性和对未知干扰的鲁棒性。通过线性矩阵不等式条件来设计故障检测滤波器,可以保证有限频率H_-/H_∞性能。最后给出具体示例,并通过MATLAB仿真技术来验证所提出的方法的有效性。2.研究了储液罐液位控制系统的执行器故障估计与调节问题。首先,基于切换李雅普诺夫函数技术和平均驻留时间方法,设计了一种非脆弱比例积分观测器来实现连续时间切换系统的执行器故障估计。然后,基于在线故障估计信息,设计一种基于比例积分观测器的非脆弱状态反馈控制器,通过稳定闭环切换系统来补偿执行器故障的影响。最后给出具体示例,并通过MATLAB仿真技术来验证所提出的方法的有效性。3.研究了储液罐液位控制系统的故障诊断和最优容错控制问题。本章对一类奇异摄动线性系统进行研究,将该系统与所设计的故障信号系统联立出新的增广系统,求解出全维比例积分观测器。然后进一步讨论该系统的最优性能,设计出能够使得系统渐进稳定的状态反馈控制器,并且能够使其满足线性二次最优性能指标达到最小值。然后通过具体实例,用MATLAB仿真技术来验证所提出的方法的有效性。


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