調(diào)距槳螺距控制系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制研究.pdf

1、調(diào)距槳具有良好的操作性能，能最大限度滿足機(jī)-槳間的功能匹配。因此，調(diào)距槳及其配套的控制系統(tǒng)在各種工程船舶上得到了廣泛的應(yīng)用。螺距控制系統(tǒng)是調(diào)距槳的重要組成部分，螺距控制性能對(duì)動(dòng)力裝置的整體效率影響很大。該系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，不僅影響船舶運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性，甚至導(dǎo)致船舶主要?jiǎng)恿ρb置的失效，對(duì)船舶正常航行造成嚴(yán)重影響。因此，切實(shí)保證螺距控制系統(tǒng)的可靠性和安全性至關(guān)重要。本文針對(duì)調(diào)距槳螺距控制系統(tǒng)在工程中的常見(jiàn)故障，開(kāi)展了螺距控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)

2、控制研究。
　　論文分析了螺距控制系統(tǒng)的典型故障，并建立了螺距控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和故障解析模型，為故障檢測(cè)與診斷提供模型依據(jù)。然后，針對(duì)典型螺距控制系統(tǒng)故障進(jìn)行了故障檢測(cè)，驗(yàn)證了算法的有效性。最后，在故障檢測(cè)原理基礎(chǔ)上，針對(duì)液壓缸執(zhí)行器故障和螺距位移傳感器故障，分別提出了有效的容錯(cuò)控制策略，使系統(tǒng)達(dá)到在故障下也能正常運(yùn)行的目的。
　　螺距控制系統(tǒng)典型故障集中在液壓缸執(zhí)行器和位移傳感器，且故障具有多發(fā)性。論文針對(duì)液壓缸故障、位

3、移傳感器故障等不同的故障現(xiàn)象進(jìn)行了八組故障模擬試驗(yàn)，根據(jù)各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，將故障歸納為完全故障、恒增益故障和恒偏差故障三種形式，并給出了相應(yīng)的解析模型。以MCP34-C/4調(diào)距槳螺距控制系統(tǒng)為實(shí)例，通過(guò)液壓系統(tǒng)原理進(jìn)行分析，對(duì)調(diào)距槳螺距控制系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二項(xiàng)式曲線擬合確定了數(shù)學(xué)模型的參數(shù)。
　　針對(duì)典型螺距控制系統(tǒng)故障，給出了同時(shí)滿足故障診斷快速性、魯棒性和靈敏性要求的故障檢測(cè)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法。在多性能指

4、標(biāo)約束條件下，將故障檢測(cè)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性矩陣不等式的可行性問(wèn)題。分析了各性能指標(biāo)的取值范圍，給出了故障檢測(cè)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)方法，獲得了螺距控制系統(tǒng)的LMI內(nèi)部描述，最后使用LMI工具箱中的求解器求解獲得故障檢測(cè)觀測(cè)器。其特點(diǎn)是同時(shí)滿足三種不同指標(biāo)的要求，更加符合實(shí)際工程需求。
　　針對(duì)液壓缸執(zhí)行器故障，將故障診斷觀測(cè)器和輸出反饋容錯(cuò)控制相結(jié)合，提出了基于故障診斷觀測(cè)器的輸出反饋容錯(cuò)控制算法。此方法有效避免了基于觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制器的設(shè)

5、計(jì)難點(diǎn)。在控制過(guò)程中，通過(guò)設(shè)計(jì)的故障診斷觀測(cè)器實(shí)時(shí)估計(jì)出故障，容錯(cuò)控制器對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償控制。將容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性矩陣不等式的可行性問(wèn)題，利用LMI工具箱中的求解器求解獲得容錯(cuò)控制器。
　　針對(duì)螺距位移傳感器故障，提出一種基于觀測(cè)器的被動(dòng)容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)方法。利用Riccati方程不等式，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，利用Lyapunov函數(shù)來(lái)證明穩(wěn)定性的條件，聯(lián)立Riccati方程不等式和穩(wěn)定性條件，利用LMI工具箱中的求解器求

6、解得出控制器，得到設(shè)計(jì)的控制器。
　　綜上所述，本文提出的基于觀測(cè)器的故障檢測(cè)方法可以在線檢測(cè)執(zhí)行器故障和傳感器故障，基于故障診斷觀測(cè)器的輸出反饋容錯(cuò)控制和基于觀測(cè)器的被動(dòng)容錯(cuò)控制方案能夠恢復(fù)控制系統(tǒng)性能。為了驗(yàn)證其故障診斷與容錯(cuò)控制方法的實(shí)用價(jià)值，將提出的理論應(yīng)用到MCP34-C/4調(diào)距槳螺距控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明數(shù)學(xué)模型和故障解析模型比較準(zhǔn)確，故障檢測(cè)方法和容錯(cuò)控制方法提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)其它控制