發(fā)布時(shí)間：2017-12-15 21:17

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

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【摘要】：近年來(lái)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(lái)越廣泛,為確保NCSs安全、可靠運(yùn)行,對(duì)系統(tǒng)故障檢測(cè)(Fault Detection,FD)方面問(wèn)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(wèn)題,亦是評(píng)價(jià)其工程價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)之一。網(wǎng)絡(luò)本身的信息傳輸時(shí)延問(wèn)題與數(shù)據(jù)包丟失問(wèn)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(shí)延與丟包問(wèn)題是在對(duì)NCSs故障檢測(cè)研究中必須考慮的。此外,還需注意由于外部擾動(dòng)、建模誤差引起的系統(tǒng)不確定性對(duì)系統(tǒng)的影響。本文從一般被控對(duì)象到復(fù)雜被控對(duì)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(wèn)題,并通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證了文中所提方法的有效性。首先,分別針對(duì)帶有時(shí)變時(shí)延和隨機(jī)時(shí)延的NCSs,研究它們的魯棒FD問(wèn)題,分別通過(guò)設(shè)計(jì)基于濾波器形式和基于觀測(cè)器形式的故障檢測(cè)濾波器來(lái)產(chǎn)生殘差信號(hào),從而將故障檢測(cè)問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)轸敯鬑∞濾波器求解問(wèn)題,所設(shè)計(jì)的魯棒故障檢測(cè)濾波器使得故障檢測(cè)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(duì)殘差信號(hào)進(jìn)行評(píng)價(jià),并且給出數(shù)值仿真進(jìn)行驗(yàn)證。其次,分別針對(duì)具有兩種隨機(jī)丟包形式的NCSs,研究它們的魯棒FD問(wèn)題,其中隨機(jī)丟包分別通過(guò)Bernoulli二項(xiàng)分布序列和Markov鏈描述,然后結(jié)合魯棒故障檢測(cè)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(guò)求解關(guān)于H∞擾動(dòng)衰減水平?的凸優(yōu)化問(wèn)題,得到了可行的魯棒故障檢測(cè)濾波器的參數(shù)矩陣,仿真表明所設(shè)計(jì)的FD方法快速有效。接著分別針對(duì)滿足Lipschitz非線性條件與扇形邊界非線性條件的NCSs,研究同時(shí)具有隨機(jī)丟包與時(shí)延的FD問(wèn)題。通過(guò)構(gòu)造魯棒故障檢測(cè)濾波器獲得殘差信號(hào),從而將魯棒FD問(wèn)題轉(zhuǎn)換成魯棒H∞濾波器設(shè)計(jì)問(wèn)題。所設(shè)計(jì)的魯棒故障檢測(cè)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(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)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(cè)問(wèn)題,采用直接估計(jì)故障信號(hào)的方法設(shè)計(jì)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(guò)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(wú)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(duì)殘差信號(hào)進(jìn)行評(píng)價(jià),并通過(guò)仿真表明所提方法能夠迅速且準(zhǔn)確地檢測(cè)到故障信號(hào)。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273;TN713

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