線性參數(shù)變化系統(tǒng)的故障估計方法研究.pdf

1、現(xiàn)代控制系統(tǒng)正變得越來越復(fù)雜，人們對于系統(tǒng)的安全性和可靠性的要求也日益提高，動態(tài)系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制的研究開始受到越來越多人的關(guān)注。故障診斷是容錯控制的基礎(chǔ)，只有快速、準(zhǔn)確地診斷出系統(tǒng)中的故障，才能采取相應(yīng)的措施對故障進行處理。故障診斷技術(shù)主要包括故障檢測、故障分離和故障估計三個部分，其中故障估計是最近幾年故障診斷領(lǐng)域的研究熱點，其有效地結(jié)合了故障檢測與故障分離的功能。主要原理是利用一個故障估計器重構(gòu)出系統(tǒng)的故障信號，從而實現(xiàn)故障的

2、檢測、分離，并了解故障的相關(guān)信息。目前在故障診斷領(lǐng)域，對故障估計的研究還比較少，主要是因為故障的定量分析難度比較大，方法也比較匱乏。雖然在最近幾年里，該領(lǐng)域取得了一些研究成果，但仍然有許多問題值得深入地去研究，其中之一就是故障估計系統(tǒng)的魯棒性問題。復(fù)雜系統(tǒng)中可能存在模型的不確定性以及未知擾動，故障估計器必須只對系統(tǒng)中存在的故障敏感，而不受模型的不確定性，以及系統(tǒng)中擾動的影響。本文主要研究線性參數(shù)變化(LPV)系統(tǒng)的魯棒故障估計問題。LP

3、V系統(tǒng)指的是一類特殊的線性動態(tài)系統(tǒng)，其主要特征是，系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式依賴于一些時變參數(shù)，這些時變參數(shù)通常都是可以在線測量或估計的。LPV模型可以用來描述許多實際系統(tǒng)的非線性特性，因此研究LPV系統(tǒng)的故障估計問題具有重要的意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了一類具有線性分式變換(LFT)形式的LPV系統(tǒng)的故障估計問題，提出了一種LPV增益調(diào)度故障估計器的設(shè)計方法。方法的基本思想是：將原系統(tǒng)的時變參數(shù)從系統(tǒng)中分離出來，作為LFT

4、結(jié)構(gòu)中的不確定部分。所設(shè)計的故障估計器同樣也可以轉(zhuǎn)化成LFT形式，其不確定部分也由時變參數(shù)組成。通過將原系統(tǒng)和故障估計器的時變部分放在一起作為整個故障診斷系統(tǒng)的不確定性部分，可以將LPV系統(tǒng)的故障估計問題轉(zhuǎn)化為一個不確定系統(tǒng)的魯棒控制問題。利用定標(biāo)小增益定理和定標(biāo)有界實引理，將故障估計器存在的條件以線性矩陣不等式約束的形式來表示。通過求解線性矩陣不等式可以解決故障估計器的設(shè)計問題。本文通過仿真驗證了所設(shè)計的故障估計器的有效性。⑵研究了一

5、類具有仿射參數(shù)依賴關(guān)系的LPV系統(tǒng)的故障估計問題，設(shè)計了一種增益調(diào)度LPV故障估計器。主要思想是利用魯棒控制理論解決LPV系統(tǒng)的故障估計問題。首先利用基于LPV系統(tǒng)的有界實引理將問題有解的條件轉(zhuǎn)化為一個具有無限維線性矩陣不等式約束的凸優(yōu)化問題，然后通過使用多凸的概念，將線性矩陣不等式的數(shù)目減少到有限個。此方法的特點是使用了參數(shù)依賴的Lyapunov函數(shù)來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時在合成估計器時，使用了參數(shù)變化率的相關(guān)信息。文中詳細(xì)介紹了估計

6、器的設(shè)計步驟，并利用一個數(shù)值例子仿真驗證了方法的有效性。⑶研究了一類具有仿射參數(shù)依賴關(guān)系的離散 LPV系統(tǒng)的故障估計問題，設(shè)計了一種增益調(diào)度離散LPV故障估計器。利用離散LPV系統(tǒng)的有界實引理，以線性矩陣不等式的形式表示故障估計問題有解的條件，并詳細(xì)介紹了LPV故障估計器的設(shè)計步驟。估計器與原系統(tǒng)具有同樣的參數(shù)依賴關(guān)系，因此所設(shè)計的故障估計器具有增益調(diào)度特性，通過仿真驗證了方法的有效性。⑷研究了連續(xù)攪拌反應(yīng)釜(Continuous St