基于觀測器的魯棒故障檢測方法研究.pdf

1、隨著現代控制系統(tǒng)的規(guī)模和復雜程度的不斷增加，對系統(tǒng)安全性和可靠性的要求也越來越高。故障診斷技術的出現，為解決這一問題開辟了嶄新的途徑。
　　近年來，人們開始利用H-和H∞技術來刻畫故障敏感性及擾動魯棒性，并由此產生了很多有效的魯棒故障診斷方法。但是這些方法仍存在一些不足之處。比如，針對線性時滯系統(tǒng)，已有方法沒有考慮時滯對故障檢測濾波器設計的影響。另一方面，針對帶有仿射不確定性的線性隨機系統(tǒng)的魯棒故障檢測濾波器設計也有一些問題需要解

2、決。例如，已有技術只是考慮了設計具有固定增益的故障檢測濾波器，當系統(tǒng)不確定參數攝動范圍較大時，設計具有單一固定增益的故障檢測濾波器會具有較大的保守性。針對一類包含參數不確定性、高斯隨機噪聲、時延以及Lipschitz型非線性項的復雜非線性系統(tǒng)故障檢測問題，系統(tǒng)模型不能精確的線性化時，設計非線性觀測器會變得更加困難。另外，網絡控制系統(tǒng)的故障檢測問題也受到人們更多的重視。對于和控制器處于相同位置的故障檢測單元來說，同時發(fā)生在傳感器到控制器和

3、控制器到執(zhí)行器兩個鏈路上的丟包信息的獲取是較為困難的，飽和現象的出現也使得問題變得更為復雜。
　　針對上述問題，本文在前人工作的基礎上，提出了若干新的故障診斷方法。首先，參考已有文獻結果，給出線性時滯系統(tǒng)直接描述故障與擾動的有限頻H-/H∞性能指標，并給出了時滯依賴的故障檢測濾波器設計條件，以減小已有方法的保守性;針對帶有時變仿射不確定性的線性隨機系統(tǒng)，通過引入恰當的切換機制，設計變增益故障檢測濾波器，此方法可以減小因設計具有固定

4、增益的故障檢測濾波器而帶來的保守性;針對一類帶有時延的非線性高斯隨機系統(tǒng)給出一種基于高增益非線性觀測器的L2故障檢測方法。對于丟包同時發(fā)生在傳感器到控制器和控制器到執(zhí)行器間的網絡控制系統(tǒng)，在傳感器飽和約束的影響下，設計了魯棒故障檢測濾波器使得系統(tǒng)指數均方穩(wěn)定并滿足H∞性能指標。
　　本文的創(chuàng)新點總結如下:
　　1.針對線性時滯系統(tǒng)，我們提出了新的基于有限頻的故障檢測方法。首先，參考已有文獻，通過直接描述故障與擾動的有限頻特性

5、，解決了頻率加權帶來的不準確性問題;進一步，在有限頻范圍內給出具有時滯依賴的故障檢測濾波器設計條件，以減小時滯獨立故障檢測濾波器設計條件的保守性。最后，與已有結果的比較證明了所提方法的優(yōu)越性。
　　2.針對帶有時變仿射不確定性的線性隨機系統(tǒng)，給出了基于切換技術的故障檢測濾波器設計條件。與已有結果相比，本章的一個創(chuàng)新點就在于利用時變不確定性的上下界信息，結合切換技術設計具有變增益的故障檢測濾波器。這樣，可以減小因設計具有固定增益的故

6、障檢測濾波器而帶來的保守性。
　　3.針對一類帶有時延的非線性高斯隨機系統(tǒng)給出一種基于高增益非線性觀測器的L2故障檢測方法。所考慮的系統(tǒng)中包含參數不確定性、高斯隨機噪聲、時延以及Lipschitz型非線性項。設計目的是研究一類魯棒觀測器，使得估計誤差的動態(tài)在噪聲和不確定性存在的情況下具有均方意義的隨機指數穩(wěn)定性和L2魯棒性能。這種新的高增益觀測器的設計思路使用Lyapunov方法和隨機系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法，整體的設計過程不須求解微

7、分不等式，同時所設計的故障檢測觀測器的形式直接顯式地推導出來。觀測器中的設計參數的選取不須使用數值計算來求解任何矩陣不等式。仿真算例驗證了本章提出方法的有效性。
　　4.針對傳感器飽和約束條件下網絡控制系統(tǒng)在傳感器到控制器和控制器到執(zhí)行器兩個鏈路同時丟包的情況，考慮故障檢測濾波器設計問題。假設丟包用兩個獨立的伯努利分布序列來描述，設計了故障檢測濾波器來抑制干擾和故障對估計誤差的影響?；诰€性矩陣不等式技術給出傳感器飽和約束條件下魯