切換系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)控制研究.pdf

1、切換系統(tǒng)是由有限個(gè)子系統(tǒng)和一個(gè)切換信號(hào)構(gòu)成的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。在實(shí)際工程系統(tǒng)中，許多本身具有多模態(tài)性質(zhì)的實(shí)際系統(tǒng)均可建模為切換系統(tǒng)，如電力系統(tǒng)、化工系統(tǒng)、航空航天、網(wǎng)絡(luò)通信等。因此針對(duì)線性時(shí)不變切換系統(tǒng)的理論研究逐步形成和發(fā)展起來，并為其它復(fù)雜多模態(tài)切換系統(tǒng)的研究提供了理論基礎(chǔ)。然而，目前有關(guān)線性切換系統(tǒng)的理論研究仍不夠完善，大多數(shù)結(jié)論都是針對(duì)線性切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，H∞控制問題等，特別是關(guān)于切換系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制問題的研究成果較少，因此

2、極大的限制了其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　本文將在線性切換系統(tǒng)穩(wěn)定性研究成果的基礎(chǔ)上，基于觀測(cè)器的方法系統(tǒng)地研究線性切換系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)。故障檢測(cè)是故障診斷的第一個(gè)環(huán)節(jié)，主要任務(wù)是檢測(cè)系統(tǒng)是否發(fā)生了故障;一旦系統(tǒng)中有故障發(fā)生，下一環(huán)節(jié)就是估計(jì)故障的大小，即故障估計(jì)。相比較于故障檢測(cè)，故障估計(jì)更為復(fù)雜和困難。基于故障估計(jì)在線所獲取的故障信息，即可實(shí)現(xiàn)反饋控制器的設(shè)計(jì)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定。本文研究了基于線性切換系統(tǒng)模型的故障檢測(cè)、故

3、障估計(jì)、故障調(diào)節(jié)和容錯(cuò)控制問題，建立了一套系統(tǒng)的線性切換系統(tǒng)故障診斷和容錯(cuò)控制理論框架，主要內(nèi)容如下:
　　首先，基于離散切換系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，針對(duì)時(shí)變時(shí)滯和帶有隨機(jī)輸出影響的離散切換系統(tǒng)，研究了當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的故障檢測(cè)問題。本文將常時(shí)滯情形推廣至?xí)r變時(shí)滯情形，假定隨機(jī)輸出的隨機(jī)變量服從伯努利分布。其主要思路是將故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)問題歸結(jié)為H∞濾波問題，應(yīng)用線性矩陣不等式技術(shù)推導(dǎo)和證明了問題可解的充分條件，并通過算例驗(yàn)證了方法的有

4、效性。
　　其次，針對(duì)連續(xù)線性切換系統(tǒng)模型在實(shí)際工程運(yùn)行中廣泛存在的異步切換現(xiàn)象，即觀測(cè)器與原系統(tǒng)的切換時(shí)間不同步時(shí)，研究了異步故障檢測(cè)濾波器的設(shè)計(jì)問題。利用分段Lyapunov函數(shù)和平均駐留時(shí)間方法，將故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)問題歸結(jié)為H∞濾波問題，給出了連續(xù)切換系統(tǒng)的故障檢測(cè)濾波器的參數(shù)化解，并通過仿真算例對(duì)該結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證。
　　再次，針對(duì)連續(xù)時(shí)滯切換系統(tǒng)，研究了當(dāng)傳感器發(fā)生故障時(shí)的故障估計(jì)和故障調(diào)節(jié)問題。本文基于增廣觀測(cè)器方

5、法和線性矩陣不等式技術(shù)，給出了估計(jì)傳感器故障的增廣觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法，并將此研究結(jié)果推廣至非線性情形。值得指出的是，該方法實(shí)現(xiàn)故障估計(jì)的故障信息可以是常值的、時(shí)變的，甚至是無界的。同時(shí)，基于在線獲取的故障估計(jì)信息，設(shè)計(jì)了基于靜態(tài)輸出反饋的故障調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法。
　　然后，針對(duì)常時(shí)滯和時(shí)變時(shí)滯連續(xù)切換系統(tǒng)，研究了執(zhí)行器發(fā)生故障的故障估計(jì)和故障調(diào)節(jié)問題?；谧赃m應(yīng)觀測(cè)器和平均駐留時(shí)間方法，給出了快速故障估計(jì)的算法?；谧赃m應(yīng)觀測(cè)器所設(shè)計(jì)的估計(jì)