收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于观测器的非线性系统鲁棒故障检测与重构方法研究

何静  
【摘要】: 控制系统的状态监控、故障诊断与容错控制一直是理论和工程实际应用中重点关注和迫切需要解决的关键问题之一。基于系统解析模型并结合现代控制理论与方法的故障诊断技术是一种在控制系统中广泛应用的方法。然而,非线性、建模误差和未知输入扰动等因素的存在,使其在工程实际中的应用带来了很大的局限性。论文在国家自然科学基金和部委级预先研究项目的支持下,围绕着将基于解析模型的状态观测器方法对系统参数的估计能力与滑模变结构控制理论对外部扰动的不变性有机结合这一核心,从提高故障检测的鲁棒性,提高执行器、传感器故障的诊断能力,提高微弱故障、缓慢变化故障等的诊断精度以及在故障诊断系统中实现容错控制功能等几个方面着手,对不确定非线性系统鲁棒故障检测与重构技术进行了较系统和深入的研究。 论文的主要研究工作与结论如下: 在深入调研当前理论与技术发展现状的基础上,归纳总结了该领域研究的特点和存在的问题。指出鲁棒故障检测与重构方法是提高故障诊断系统性能指标的有效方式,是解决基于观测器的非线性系统故障诊断方法实际应用问题的有效途径。 针对残差生成故障检测方法中检测鲁棒性与灵敏度相矛盾的问题,提出基于滑模观测器的非线性系统鲁棒残差生成与故障检测方法。设计滑模观测器以生成残差,利用滑模变结构对未知输入扰动具有的不变性抑制扰动对残差信号的影响,从而提高系统对故障信号的灵敏度。将该方法加以推广,通过为系统中每种故障模型设计相应的滑模观测器以实现多个故障的检测与隔离。检测鲁棒性与灵敏度之间矛盾的解决也为后续故障重构技术的实现奠定了基础。 针对机电系统中常见的仿射非线性系统执行器故障诊断问题,提出了鲁棒故障重构与容错控制集成设计方法。利用滑模观测器克服未知输入扰动对控制系统的影响并实现鲁棒状态观测,利用自适应观测器从模型不确定的系统中分离并重构故障,而所采用的观测器设计方法又自然地确保系统的控制状态不受故障影响,从而实现了集成故障重构和容错控制的系统功能。 非线性系统中,传感器的故障诊断远远落后于执行器的故障诊断,且大多数方法难以满足工程实际应用的需要。为此,针对非线性系统传感器故障诊断的难题提出了基于等效变换的传感器鲁棒故障重构与容错控制集成设计方法。利用一阶滤波器将传感器故障等效变换为虚拟的执行器故障,并首次从能观性出发提出滤波器参数选取的理论依据。在此基础上,针对正则型非线性系统提出了集成容错控制功能的传感器鲁棒故障重构方法,该方法在确保系统鲁棒性的前提下对缓变故障也具有较高的灵敏度;针对一般非线性系统提出了考虑前向通道和反馈通道同时含有未知输入扰动的增强型传感器鲁棒故障重构算法,较之其它方法更加良好的工程实用性是该算法的突出特点。 针对由于故障和未知输入扰动的相关性而使故障重构的精确性与鲁棒性之间产生矛盾的问题,利用滑模观测器和滑模变结构等值原理,提出了基于干扰解耦技术的精确故障重构方法。为解决系统既要对未知输入扰动不敏感,又要能精确重构出尽可能小的故障的所谓鲁棒故障重构问题,基于微分同胚变换提出不需对系统输出求导的多故障重构算法,较大程度地提高了算法的工程实用性;基于线性坐标变换,提出了故障与扰动完全解耦的精确重构方法,可在对故障精确重构的同时实现对未知输入扰动的精确重构;提出了通过消除滑模抖振对故障重构机制的影响,进一步提高了重构算法对故障的灵敏度,从而实现了微弱缓变故障的鲁棒重构。 结合机电跟踪与稳定伺服平台的系统特点和工程需求,对所提出的不确定非线性系统中的鲁棒故障检测与重构技术进行了应用研究。针对平台中直流伺服电机控制系统设计了基于滑模观测器的故障重构与容错控制方法,实验研究结果显示本文的理论与技术正确有效。 论文的研究对于非线性系统的故障诊断与重构技术研究具有重要的参考价值,填补和拓展了其理论方法、技术手段和应用范围,具有较好的学术价值与工程应用价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 沈艳军;刘万海;张勇;;一类非线性系统全局有限时间观测器设计[J];控制理论与应用;2010年05期
2 徐明跃;胡广大;;一类非线性系统降维观测器设计[J];哈尔滨理工大学学报;2010年04期
3 曲铁军;马克茂;田自耘;;离散时间非线性系统的观测器设计[J];电机与控制学报;2005年05期
4 刘万海;沈艳军;王康;江清华;;单输入单输出非线性系统全局有限时间观测器设计[J];三峡大学学报(自然科学版);2010年05期
5 牛林;叶燎原;;非线性不确定系统的自适应观测器设计[J];计算机仿真;2010年01期
6 董亚丽;;一类非线性系统观测器设计的新方法[J];系统工程与电子技术;2009年01期
7 金涛涛;李平康;;AGC系统中的非线性观测器设计[J];控制工程;2007年S1期
8 陶洛文;方崇智;;基于优化方法的非线性观测器设计[J];自动化学报;1988年01期
9 刘春生,胡寿松;最小相位不确定非线性系统的观测器设计[J];系统工程与电子技术;2005年11期
10 贾秀芹;刘允刚;;一类更一般Lipschitz非线性系统的观测器设计[J];山东大学学报(工学版);2007年02期
11 马克茂,马萍;Lipschitz非线性系统观测器设计新方法[J];控制理论与应用;2003年04期
12 宫清先,张化光,孟祥萍;一类非线性控制系统的稳定干扰解耦[J];长春工程学院学报(自然科学版);2005年03期
13 刘春生,汪芳,胡寿松;非线性系统的在线鲁棒故障检测[J];南京航空航天大学学报;2001年03期
14 陈彭年;秦化淑;张洁;;非参数不确定性非线性系统的自适应观测器设计[J];控制理论与应用;2010年02期
15 刘春生,胡寿松;一类不确定非线性系统的观测器设计[J];南京航空航天大学学报;2005年03期
16 宫清先;张化光;孟祥萍;;一类MIMO非线性系统的稳定干扰解耦控制[J];控制理论与应用;2006年02期
17 卢俊国,汪小帆,王执铨;离散时间非线性系统的一种新型状态观测器[J];南京理工大学学报;1998年04期
18 杨贤辉,张玉民,吴凌尧,郭雷;一类基于干扰观测的非线性离散系统控制方法[J];南京理工大学学报(自然科学版);2005年S1期
19 徐明跃;胡广大;;基于拟单边Lipschitz条件的一类非线性系统降维观测器设计[J];哈尔滨工程大学学报;2011年05期
20 徐巍,胡品慧;非线性系统大范围渐近稳定状态观测器设计[J];控制工程;2004年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 辛云冰;费树岷;;SISO非线性系统的状态观测器设计与综合[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
2 顾海军;张天平;张惠艳;;基于观测器的不确定非线性系统自适应模糊控制[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
3 金辉宇;季海波;奚宏生;;非线性系统的采样观测器设计[A];第25届中国控制会议论文集(上册)[C];2006年
4 陈彭年;秦化淑;张洁;;非参数不确定性非线性系统的自适应观测器设计[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第八分册)[控制理论与应用(专刊)][C];2009年
5 杨贤辉;张玉民;吴凌尧;郭雷;;一类基于干扰观测的非线性离散系统控制方法[A];2005全国自动化新技术学术交流会论文集(三)[C];2005年
6 魏晨;陈宗基;;非线性系统的鲁棒故障检测与诊断[A];第十九届中国控制会议论文集(二)[C];2000年
7 陈茂银;周东华;;一类非线性系统的鲁棒故障诊断[A];第16届中国过程控制学术年会暨第4届全国故障诊断与安全性学术会议论文集[C];2005年
8 周川;胡维礼;陈庆伟;吴晓蓓;;基于DRNN观测器的非线性系统故障检测方法[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
9 祝晓辉;李颖晖;;一般非线性系统在平衡点附近的状态解耦[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006年
10 杨迎娟;董亚丽;范姣姣;;基于标准型的一类非线性系统的观测器设计[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 何静;基于观测器的非线性系统鲁棒故障检测与重构方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
2 康强;不确定非线性系统的自适应模糊控制[D];大连理工大学;2009年
3 刘晓华;非线性系统模糊控制研究[D];大连理工大学;2002年
4 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
5 苏亚坤;基于T-S模糊模型的非线性系统的控制与滤波设计[D];青岛大学;2010年
6 刘鹏;非线性时滞系统最优控制器的近似设计研究[D];中国海洋大学;2005年
7 刘继兵;开放量子体系中几何相位的研究[D];华中科技大学;2008年
8 罗秋滨;一类非线性系统预测控制中的建模问题[D];哈尔滨工业大学;2008年
9 张果;基于T-S模型的非线性系统的模糊控制[D];西安电子科技大学;2009年
10 张涛;非线性系统控制策略的研究[D];浙江大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 诸峰;具有Lipschitz约束条件的系统观测器的设计与研究[D];苏州大学;2009年
2 安祎春;非线性控制系统解耦及精确线性化[D];东北大学;2006年
3 冯敏;基于观测器的鲁棒故障检测方法及其应用研究[D];西安电子科技大学;2010年
4 苗秀凤;基于观测器的非线性系统故障检测方法研究[D];哈尔滨师范大学;2011年
5 罗忠宝;非线性自适应逆控制在无人机自驾仪中的应用研究[D];吉林大学;2008年
6 张金栋;非线性预测控制的鲁棒性研究[D];兰州理工大学;2003年
7 仲兆准;非线性系统的鲁棒无源化控制[D];南京理工大学;2005年
8 李秀英;非线性系统的模糊辨识与控制[D];黑龙江大学;2005年
9 侯志鹏;基于强化学习的模糊神经网络控制研究及应用[D];华北电力大学(北京);2007年
10 陈信怀;移相全桥零电压开关变换器中的非线性现象及其控制[D];安徽大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 俞杰吴胜 董斌;莫要泛化“非线性”[N];中国国防报;2007年
2 孟庆刚 王连心;中医药研究别忘了非线性[N];中国中医药报;2006年
3 黄尊文;军事思维模式的线性与非线性[N];解放军报;2006年
4 记者 杨晓 实习生 王荍;创建量子力学新论[N];四川日报;2005年
5 徐继鸿;“混沌”的魅力[N];新疆日报(汉);2000年
6 记者 芦伟/北京;非线性制播系统之解决方案[N];电子资讯时报;2003年
7 杨保国 本报记者 吴长锋;“能得人和事不难”[N];科技日报;2010年
8 本版编辑 覃光华 方华 本刊记者 庞亚斌;面向对象技术:让洪水预报更及时[N];中国水利报;2006年
9 张晔 王燕宁;陶醉于非线性之美[N];科技日报;2006年
10 本报记者  张蕾;干科学事业 绘精彩人生[N];光明日报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978