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基于观测器的故障诊断方法及应用研究

黄宜山  
【摘要】:围绕当前动态系统的故障检测与诊断技术领域内存在的一些问题,本文从提高故障检测的鲁棒性,提高多故障的诊断能力以及在感应电机系统中实现故障检测等几个方面入手,结合滑模观测器和未知输入观测器的相关理论,系统深入地研究了工业中常见的非线性系统的故障检测与诊断算法。 论文的主要工作总结如下: 首先,对滑模变结构理论进行了扼要分析,接着针对三个较经典的设计实例,分别介绍对一般线性系统、具有不确定项的线性系统和一般非线性系统设计滑模观测器的方法。在此基础上,重点对工程实际中更常见的三角形非线性系统设计观测器,并进行了收敛性证明。 其次,针对一类非线性部分满足Lipschitz条件的非线性系统的多故障诊断问题进行了研究,通过引入一个新的状态变量,将传感器故障转变成伪执行器故障。在此基础上针对每一种故障模型设计出相应的滑模观测器以实现多传感器故障的检测与隔离,单关节机械手的实例验证了该方法的有效性。 最后,对未知输入观测器理论和感应电机二相同步旋转坐标系下的d-q数学模型进行了讨论分析,并给出了电流传感器的故障模型。针对感应电机的数学模型,运用未知输入观测和Luenberger观测器的思想提出了一种感应电机电流传感器故障的鲁棒观测器设计方法,从仿真实验结果,验证了所提方法的正确性和有效性。 通过仿真实例和大量的实验结果,表明本文提出的基于滑模观测器和未知输入观测器的故障诊断方法,不仅对外界扰动具有良好的鲁棒性,而且减少了误报率、提高了故障诊断的灵敏度,具有较好的工程应用价值和现实意义。


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