【摘要】：實際生產(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)計等帶來了巨大的挑戰(zhàn)。另一方面,計算機(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)主要是利用一個共享的通信網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)中的被控對象、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。然而,實際網(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)計帶了很多難題,如數(shù)據(jù)傳輸時延和數(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)為研究對象,分別研究了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延、數(shù)據(jù)包丟失和通信約束情況下隨機(jī)系統(tǒng)的故障檢測問題。主要研究內(nèi)容分述如下:針對一類網(wǎng)絡(luò)通信資源受限情況下線性隨機(jī)系統(tǒng)的故障檢測濾波器設(shè)計問題。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。為了檢測故障,設(shè)計了基于事件觸發(fā)機(jī)制的故障檢測濾波器構(gòu)建動態(tài)故障檢測模型。對于連續(xù)時間網(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模型對外界干擾和故障的影響來實現(xiàn)故障檢測。對于離散時間網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)系統(tǒng),利用H-/H∞優(yōu)化性能方法來同時增強(qiáng)故障檢測系統(tǒng)對外界擾動的魯棒性和對故障的敏感性。在同時考慮了隨機(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)計的基于事件觸發(fā)機(jī)制的故障檢測濾波器參數(shù)矩陣。針對一類存在網(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)的故障檢測濾波器設(shè)計問題。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)計基于事件觸發(fā)機(jī)制的故障檢測濾波器構(gòu)建故障檢測模型。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)制的故障檢測濾波器參數(shù)矩陣。針對一類通信資源受限情況下不確定離散時間網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)系統(tǒng)的同時故障檢測與控制器設(shè)計問題。設(shè)計一個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)和故障檢測目標(biāo)。利用兩個相互獨立的事件觸發(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,利用一個優(yōu)化的算法來得到所設(shè)計的故障檢測濾波器、控制器以及兩個事件觸發(fā)器的參數(shù)。針對兩類同時存在網(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)的故障檢測濾波器設(shè)計問題。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)制利用一個自適應(yīng)律來動態(tài)改變事件觸發(fā)閾值。第一類是存在隨機(jī)出現(xiàn)非線性項的網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)系統(tǒng),利用一個二次約束條件來描述非線性項的特性;利用滿足Bernoulli分布的白噪聲序列來描述非線性項出現(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)。為了檢測故障,分別設(shè)計了基于自適應(yīng)事件觸發(fā)機(jī)制的故障檢測濾波器構(gòu)建故障檢測模型,然后分別對兩類故障檢測模型進(jìn)行性能分析和濾波器參數(shù)設(shè)計,給出故障檢測系統(tǒng)滿足均方漸近穩(wěn)定性以及期望故障檢測目標(biāo)的充分條件,進(jìn)而得到所設(shè)計的基于自適應(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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP273;TH17

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2625952