基于觀測器的動態(tài)系統(tǒng)故障估計和調(diào)節(jié).pdf

1、由于對實際工業(yè)過程控制系統(tǒng)安全性與可靠性的要求日益提高，動態(tài)系統(tǒng)的故障診斷與容錯控制的研究受到越來越多的關(guān)注。用故障調(diào)節(jié)來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性是有效方法之一，因此得到了廣泛而深入地研究并成為最近幾年研究的一個熱點。故障檢測技術(shù)是用于檢測系統(tǒng)是否發(fā)生了故障，是故障調(diào)節(jié)的第一個環(huán)節(jié)。故障估計則要在故障檢測的基礎(chǔ)上，在線估計出故障的幅值，是故障調(diào)節(jié)中一個非常重要的環(huán)節(jié)，因為附加控制器是依據(jù)故障估計值設(shè)計的。相比于故障檢測，故障估計的設(shè)計難

2、度無疑增加了許多，因此故障估計和調(diào)節(jié)的研究是更富有挑戰(zhàn)性的。雖然近幾年動態(tài)系統(tǒng)的故障估計和調(diào)節(jié)取得了一些研究成果，但是目前常用的設(shè)計方法各自均存在著一定的設(shè)計難點，正是這些設(shè)計難點限制了各自的應(yīng)用。因此，故障估計和調(diào)節(jié)問題仍是一個有待深入研究的課題。本文研究了基于觀測器的動態(tài)系統(tǒng)故障估計和調(diào)節(jié)理論方法與技術(shù)，建立起了一套系統(tǒng)、全面的，包括連續(xù)和離散系統(tǒng)的故障估計和調(diào)節(jié)理論框架。論文的主要工作如下：
　　 首先，針對傳統(tǒng)自適應(yīng)故障

3、估計(CAFE)算法難以滿足故障估計性能問題，提出了一種新的快速自適應(yīng)故障估計(FAFE)算法，顯著提升了故障估計的性能，包括快速性和準確性。然后，對其證明過程進行了改進，通過不等式變換消除了存在的等式約束。進一步，將提出的FAFE算法推廣到了時滯系統(tǒng)?；谒沙诰仃囋O(shè)計思想，研究了快時變時滯系統(tǒng)的故障估計，解決了CAFE算法僅適用于慢時變時滯系統(tǒng)的設(shè)計難點，并且研究了中立時滯系統(tǒng)的故障估計，解決了CAFE算法難以應(yīng)用于此類系統(tǒng)的技術(shù)難點

4、。
　　 其次，針對一類特定的執(zhí)行器損傷故障，提出了基于自適應(yīng)觀測器的快速執(zhí)行器損傷故障估計算法。同時，基于在線獲取的故障估計值，給出了一種故障調(diào)節(jié)設(shè)計方案。值得注意的是，提出的故障估計觀測器和故障調(diào)節(jié)是分開設(shè)計的，大大簡化了設(shè)計過程。當執(zhí)行器發(fā)生損傷故障時，給出的故障調(diào)節(jié)方案可以確保整個系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的。
　　 再次，針對自適應(yīng)觀測器需要誤差系統(tǒng)滿足嚴格正實(SPR)條件，提出了一種全階故障估計觀測器(FFEO)設(shè)計方

5、法，并基于此設(shè)計了基于動態(tài)輸出反饋的故障調(diào)節(jié)。這種觀測器設(shè)計比自適應(yīng)觀測器具有更廣的應(yīng)用范圍。進一步，提出了基于動態(tài)輸出反饋的故障調(diào)節(jié)設(shè)計方案，有效地避免了基于觀測器的狀態(tài)反饋容錯控制器的設(shè)計難點。同時，將此研究結(jié)果推廣到離散系統(tǒng)，得到了離散系統(tǒng)的故障估計和調(diào)節(jié)設(shè)計方法。
　　 然后，在FFEO設(shè)計基礎(chǔ)上研究了一種降階故障估計觀測器(RFEO)方法，基于此設(shè)計了基于靜態(tài)輸出反饋的故障調(diào)節(jié)。這種RFEO保留了FFEO較為寬廣的應(yīng)用

6、范圍，而且由RFEO推出的在線故障估計子可以包含系統(tǒng)當前的輸出信息以提升故障估計的性能。然后，基于松弛矩陣虧法，提出了一種基于靜態(tài)輸出反饋的故障調(diào)節(jié)方案。進一步，將連續(xù)系統(tǒng)的研究結(jié)果推廣到離散系統(tǒng)，得到了相應(yīng)的離散系統(tǒng)故障估計和調(diào)節(jié)研究結(jié)果。
　　 進一步，針對現(xiàn)階段基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型的非線性系統(tǒng)故障估計和調(diào)節(jié)鮮有研究的現(xiàn)狀，將提出的故障估計和調(diào)節(jié)設(shè)計方法推廣到了基于T-S模糊模型的非線性系統(tǒng)，給出

7、了T－S模糊模型的故障估計和調(diào)節(jié)設(shè)計方法。我們的研究涉及到了連續(xù)、離散系統(tǒng)的故障估計和調(diào)節(jié)，豐富了該領(lǐng)域的研究內(nèi)容。
　　 最后，為了驗證提出理論方法的實用價值，將提出的部分理論應(yīng)用到了三自由度直升機飛控平臺。給出的故障估計設(shè)計方法可以實時在線估計出發(fā)生的執(zhí)行器故障，基于在線的故障估計值，故障調(diào)節(jié)方案能夠恢復(fù)系統(tǒng)的性能。實驗結(jié)果表明了取出的研究結(jié)果對于提高飛控系統(tǒng)可靠性和安全性等研究具有一定的理論參考價值，且具有較為廣泛的應(yīng)用前