本文關(guān)鍵詞：具有時延及丟包的網(wǎng)控系統(tǒng)魯棒故障檢測方法研究

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【摘要】：近年來由于通信技術(shù)的快速發(fā)展,和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)合而產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control Systems,NCSs)應(yīng)用越來越廣泛,為確保NCSs安全、可靠運(yùn)行,對系統(tǒng)故障檢測(Fault Detection,FD)方面問題的研究至關(guān)重要,其中系統(tǒng)的魯棒性是FD的焦點(diǎn)問題,亦是評價其工程價值的標(biāo)準(zhǔn)之一。網(wǎng)絡(luò)本身的信息傳輸時延問題與數(shù)據(jù)包丟失問題不僅有可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化,甚至?xí)䦟?dǎo)致失穩(wěn),因此,時延與丟包問題是在對NCSs故障檢測研究中必須考慮的。此外,還需注意由于外部擾動、建模誤差引起的系統(tǒng)不確定性對系統(tǒng)的影響。本文從一般被控對象到復(fù)雜被控對象,從線性NCSs到非線性NCSs,逐步進(jìn)行分析研究它們的魯棒FD問題,并通過數(shù)值仿真驗證了文中所提方法的有效性。首先,分別針對帶有時變時延和隨機(jī)時延的NCSs,研究它們的魯棒FD問題,分別通過設(shè)計基于濾波器形式和基于觀測器形式的故障檢測濾波器來產(chǎn)生殘差信號,從而將故障檢測問題轉(zhuǎn)變?yōu)轸敯鬑∞濾波器求解問題,所設(shè)計的魯棒故障檢測濾波器使得故障檢測系統(tǒng)(均方)漸近穩(wěn)定且具有H∞特定性能,最后采用閾值邏輯法對殘差信號進(jìn)行評價,并且給出數(shù)值仿真進(jìn)行驗證。其次,分別針對具有兩種隨機(jī)丟包形式的NCSs,研究它們的魯棒FD問題,其中隨機(jī)丟包分別通過Bernoulli二項分布序列和Markov鏈描述,然后結(jié)合魯棒故障檢測濾波器構(gòu)造增廣系統(tǒng),利用線性矩陣不等式方法,分別推導(dǎo)了系統(tǒng)以一定H∞性能指標(biāo)保持均方漸近穩(wěn)定與隨機(jī)穩(wěn)定的條件,通過求解關(guān)于H∞擾動衰減水平?的凸優(yōu)化問題,得到了可行的魯棒故障檢測濾波器的參數(shù)矩陣,仿真表明所設(shè)計的FD方法快速有效。接著分別針對滿足Lipschitz非線性條件與扇形邊界非線性條件的NCSs,研究同時具有隨機(jī)丟包與時延的FD問題。通過構(gòu)造魯棒故障檢測濾波器獲得殘差信號,從而將魯棒FD問題轉(zhuǎn)換成魯棒H∞濾波器設(shè)計問題。所設(shè)計的魯棒故障檢測濾波器確保了系統(tǒng)均方漸近穩(wěn)定且滿足一定的H∞干擾衰減水平?,并通過數(shù)值仿真驗證了所提方法的有效性。最后,研究了在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的LPV(Linear Parameter Varying)系統(tǒng)的魯棒故障檢測問題,采用直接估計故障信號的方法設(shè)計濾波器,利用線性矩陣不等式的方法,得出了系統(tǒng)以一定H∞性能指標(biāo)保持漸近穩(wěn)定的條件,通過引入附加矩陣,解除了系統(tǒng)參數(shù)矩陣和參數(shù)依賴Lyapunov矩陣之間的耦合,從而得到了更易于求解的新定理。采用基函數(shù)法和網(wǎng)格技術(shù)將濾波器的求解由無限維參數(shù)線性矩陣不等式變?yōu)橛邢蘧S,最后采用閾值邏輯法對殘差信號進(jìn)行評價,并通過仿真表明所提方法能夠迅速且準(zhǔn)確地檢測到故障信號。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP273;TN713

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