【摘要】：實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的被控系統(tǒng)或過程經(jīng)常受到隨機(jī)擾動(dòng)現(xiàn)象的影響,隨機(jī)現(xiàn)象的存在既增加了被控系統(tǒng)的復(fù)雜程度又給后續(xù)的系統(tǒng)分析和綜合設(shè)計(jì)等帶來了巨大的挑戰(zhàn)。另一方面,計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)主要是利用一個(gè)共享的通信網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)中的被控對(duì)象、傳感器、控制器和執(zhí)行器等組件連接起來,它具有成本低、穩(wěn)定性高和便于安裝和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。然而,實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的通信資源往往是有限的,給系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)帶了很多難題,如數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延和數(shù)據(jù)包丟失等問題。因此,開展網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下隨機(jī)系統(tǒng)的故障檢測(cè)方法研究具有非常重要的意義。本文以幾種不同的網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)系統(tǒng)為研究對(duì)象,分別研究了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延、數(shù)據(jù)包丟失和通信約束情況下隨機(jī)系統(tǒng)的故障檢測(cè)問題。主要研究?jī)?nèi)容分述如下:針對(duì)一類網(wǎng)絡(luò)通信資源受限情況下線性隨機(jī)系統(tǒng)的故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)問題。利用事件觸發(fā)機(jī)制來減少通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸,以便節(jié)省有限的網(wǎng)絡(luò)通信資源。為了檢測(cè)故障,設(shè)計(jì)了基于事件觸發(fā)機(jī)制的故障檢測(cè)濾波器構(gòu)建動(dòng)態(tài)故障檢測(cè)模型。對(duì)于連續(xù)時(shí)間網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)系統(tǒng),利用H∞優(yōu)化性能方法通過極小化故障檢測(cè)模型對(duì)外界干擾和故障的影響來實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)。對(duì)于離散時(shí)間網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)系統(tǒng),利用H-/H∞優(yōu)化性能方法來同時(shí)增強(qiáng)故障檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)外界擾動(dòng)的魯棒性和對(duì)故障的敏感性。在同時(shí)考慮了隨機(jī)模型和基于事件觸發(fā)機(jī)制的數(shù)據(jù)傳輸方案,根據(jù)隨機(jī)理論和Lyapunov穩(wěn)定性理論給出故障檢測(cè)模型穩(wěn)定的充分條件,并利用線性矩陣不等式方法求出所設(shè)計(jì)的基于事件觸發(fā)機(jī)制的故障檢測(cè)濾波器參數(shù)矩陣。針對(duì)一類存在網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)丟包和通信資源受限情況下不確定網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)系統(tǒng)的故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)問題。利用事件觸發(fā)機(jī)機(jī)制來節(jié)省有限的網(wǎng)絡(luò)通信資源;利用滿足Bernoulli分布的白噪聲序列來描述發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)通道上的隨機(jī)丟包現(xiàn)象;利用范數(shù)有界不確定性來描述隨機(jī)系統(tǒng)模型的參數(shù)不確定性。綜合以上考慮,設(shè)計(jì)基于事件觸發(fā)機(jī)制的故障檢測(cè)濾波器構(gòu)建故障檢測(cè)模型。并根據(jù)隨機(jī)理論、Lyapunov穩(wěn)定性理論和魯棒控制理論給出故障檢測(cè)系統(tǒng)滿足均方魯棒指數(shù)穩(wěn)定性以及期望的故障檢測(cè)目標(biāo)的充分條件,進(jìn)而得到基于事件觸發(fā)機(jī)制的故障檢測(cè)濾波器參數(shù)矩陣。針對(duì)一類通信資源受限情況下不確定離散時(shí)間網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)系統(tǒng)的同時(shí)故障檢測(cè)與控制器設(shè)計(jì)問題。設(shè)計(jì)一個(gè)包含濾波器和輸出反饋控制器的集成模塊構(gòu)造故障檢測(cè)和控制模型,并保證該模型滿足隨機(jī)穩(wěn)定性以及期望的控制目標(biāo)和故障檢測(cè)目標(biāo)。利用兩個(gè)相互獨(dú)立的事件觸發(fā)器來分別減少傳感器到濾波器/控制器模塊和濾波器/控制器模塊到原系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通道上的數(shù)據(jù)傳輸。在同時(shí)考慮了不確定隨機(jī)模型和基于事件觸發(fā)機(jī)制的數(shù)據(jù)傳輸方案,利用一個(gè)優(yōu)化的算法來得到所設(shè)計(jì)的故障檢測(cè)濾波器、控制器以及兩個(gè)事件觸發(fā)器的參數(shù)。針對(duì)兩類同時(shí)存在網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)丟包、數(shù)據(jù)傳輸延遲和通信資源受限情況下非線性網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)系統(tǒng)的故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)問題。利用滿足Bernoulli分布的白噪聲序列來描述發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)通道上的隨機(jī)丟包現(xiàn)象;針對(duì)傳統(tǒng)的閾值固定的事件觸發(fā)機(jī)制無法充分節(jié)省有限網(wǎng)絡(luò)資源的問題,提出了一種自適應(yīng)事件觸發(fā)機(jī)制,該機(jī)制利用一個(gè)自適應(yīng)律來動(dòng)態(tài)改變事件觸發(fā)閾值。第一類是存在隨機(jī)出現(xiàn)非線性項(xiàng)的網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)系統(tǒng),利用一個(gè)二次約束條件來描述非線性項(xiàng)的特性;利用滿足Bernoulli分布的白噪聲序列來描述非線性項(xiàng)出現(xiàn)的概率。第二類是更一般的非線性網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)系統(tǒng),利用Takagi-Sugeno(T-S)模糊建模方法將該非線性系統(tǒng)建模為模糊隨機(jī)系統(tǒng)。為了檢測(cè)故障,分別設(shè)計(jì)了基于自適應(yīng)事件觸發(fā)機(jī)制的故障檢測(cè)濾波器構(gòu)建故障檢測(cè)模型,然后分別對(duì)兩類故障檢測(cè)模型進(jìn)行性能分析和濾波器參數(shù)設(shè)計(jì),給出故障檢測(cè)系統(tǒng)滿足均方漸近穩(wěn)定性以及期望故障檢測(cè)目標(biāo)的充分條件,進(jìn)而得到所設(shè)計(jì)的基于自適應(yīng)事件觸發(fā)機(jī)制的濾波器參數(shù)矩陣。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP273;TH17

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2625952