一類不確定非線性控制系統(tǒng)的故障可診斷方法研究.pdf

1、實際的控制系統(tǒng)大多為非線性系統(tǒng)，無法利用線性系統(tǒng)理論推導(dǎo)出故障與輸出之間的關(guān)系，從而難以建立故障可診斷的判別條件。再加上干擾噪聲的存在，更是在原本確定的可診斷性判別中引入隨機影響。目前，國內(nèi)外對不確定非線性閉環(huán)控制系統(tǒng)的故障可診斷性研究剛剛起步，還沒有形成普遍適用的不確定非線性閉環(huán)控制系統(tǒng)的可診斷性評價與設(shè)計方法。本文基于非線性微分幾何理論，針對非線性系統(tǒng)、參數(shù)不確定非線性系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)以及非線性時滯控制系統(tǒng)等，對系統(tǒng)故障可診斷性

2、和故障診斷方面做進一步研究，主要內(nèi)容如下:
　　針對一類非線性系統(tǒng)的故障可診斷性問題，提出一種新的故障可診斷判別方法。基于李導(dǎo)數(shù)概念，定義了非線性系統(tǒng)關(guān)于故障的故障特征指數(shù)，對于單故障單輸出的非線性系統(tǒng)，若其故障特征指數(shù)小于等于非線性系統(tǒng)的階數(shù)，則可證明系統(tǒng)故障就能夠通過非線性系統(tǒng)的輸出函數(shù)進行響應(yīng)的，并可得到故障與輸出函數(shù)之間明確的關(guān)系表達(dá)式，因此故障是可以診斷的，同時證明了多故障多輸出非線性系統(tǒng)的故障可診斷性判別的充要條件，在

3、此基礎(chǔ)上研究了系統(tǒng)不確定對非線性系統(tǒng)故障可診斷性判斷結(jié)果的影響。通過局部非線性坐標(biāo)變換，對合分布，F(xiàn)robenius定理等微分幾何知識，對多故障同時發(fā)生時的非線性系統(tǒng)故障可診斷性進行研究，同時研究了系統(tǒng)不確定對多故障同時發(fā)生的非線性系統(tǒng)故障可診斷性評價結(jié)果的影響。
　　針對基于單輸入單輸出仿射型非線性控制系統(tǒng)的故障可診斷問題，提出了一種基于非線性微分幾何的故障可診斷性判別方法?；诰植糠蔷€性坐標(biāo)變換和微分幾何相對階概念，對于具有單

4、故障單輸出的非線性控制系統(tǒng)，若其故障特征指數(shù)小于等于非線性控制系統(tǒng)的相對階，就可得到系統(tǒng)的輸出函數(shù)能夠響應(yīng)系統(tǒng)的故障，故障與輸出之間有明確的關(guān)系式，說明系統(tǒng)故障是可診斷的，并進一步研究了對系統(tǒng)施加狀態(tài)反饋線性化控制律的條件下，單輸入單輸出非線性控制系統(tǒng)的故障可診斷性問題。針對多故障同時發(fā)生時的非線性控制系統(tǒng)故障可診斷性問題，將狀態(tài)反饋控制律代入非線性控制系統(tǒng)中，重新構(gòu)造狀態(tài)方程，就可利用多故障同時發(fā)生時的非線性系統(tǒng)故障可診斷性的研究結(jié)果

5、對其進行故障可診斷性分析。針對非線性時滯控制系統(tǒng)，通過構(gòu)造有記憶狀態(tài)反饋控制律，保證相應(yīng)的非線性閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸出是與時滯無關(guān)的，在此基礎(chǔ)卜分析非線性時滯控制系統(tǒng)的故障可診斷性。通過點質(zhì)量衛(wèi)星控制系統(tǒng)和交流異步電動機控制系統(tǒng)對理論研究成果進行模擬驗證。
　　針對永磁同步電機混沌控制問題，基于Lyapunov穩(wěn)定性理論和非線性系統(tǒng)的比較原理，提出一種結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)且具有抗參數(shù)擾動能力的單輸入線性反饋控制器，實現(xiàn)永磁同步電機混沌系統(tǒng)

6、的全局指數(shù)穩(wěn)定控制。在混沌控制的基礎(chǔ)上，運用非線性控制系統(tǒng)故障可診斷性得到的結(jié)果，對永磁同步電機混沌控制系統(tǒng)的故障可診斷性問題進行研究，并通過數(shù)值模擬進行驗證。
　　針對線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出函數(shù)中分別存在常值或緩變干擾，提出了全維比例積分(Proportional-integral，PI)觀測器的故障檢測設(shè)計方法，并得到了在無故障下全局漸近穩(wěn)定的條件，給出殘差信號，在故障發(fā)生時，產(chǎn)生殘差輸出，實現(xiàn)故障的實時檢測。針對一類包