基于解析模型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障檢測(cè).pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)往往規(guī)模較大，一旦發(fā)生事故可能會(huì)造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，切實(shí)提高網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的安全性與可靠性具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)滯、數(shù)據(jù)丟包、時(shí)序錯(cuò)亂以及傳感器多速率采樣等現(xiàn)象的廣泛存在，傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方法已不能有效解決網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障檢測(cè)問(wèn)題，近年來(lái)關(guān)于這類問(wèn)題的研究受到了廣泛關(guān)注，但是仍有許多問(wèn)題尚待進(jìn)一步研究。 本文研究了幾類不

2、同網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯情況和多速率數(shù)據(jù)采樣網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)問(wèn)題，主要研究工作和成果有以下幾點(diǎn)： (1)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯小于一個(gè)采樣周期的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，建立了系統(tǒng)的離散化模型，并在此基礎(chǔ)上研究了基于觀測(cè)器的故障檢測(cè)問(wèn)題。把不確定時(shí)滯對(duì)殘差系統(tǒng)產(chǎn)生的影響描述為未知輸入，將殘差產(chǎn)生器設(shè)計(jì)歸結(jié)為后置濾波器和觀測(cè)器增益矩陣的求解，給出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)H<,∞>故障檢測(cè)的矩陣Ricatti方程方法。 (2)基于網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯小于一個(gè)采樣周期的離散化系

3、統(tǒng)模型，應(yīng)用等價(jià)空間方法研究了魯棒故障檢測(cè)問(wèn)題，提出了殘差產(chǎn)生器設(shè)計(jì)的一種新性能指標(biāo)，在滿足殘差信號(hào)對(duì)于未知輸入和不確定時(shí)滯具有一定魯棒性條件下最小化殘差與故障(或加權(quán)故障)之差，從而將等價(jià)矩陣的求解歸結(jié)為受線性矩陣不等式約束的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。 (3)建立了網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯小于多個(gè)采樣周期情況下的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)離散化系統(tǒng)模型，提出了一種基于等價(jià)空間的故障檢測(cè)最優(yōu)化方法，將殘差產(chǎn)生器設(shè)計(jì)歸結(jié)為最小化問(wèn)題，通過(guò)求解廣義特征向量問(wèn)題給出了等價(jià)向

4、量的求解方法，進(jìn)一步通過(guò)奇異值分解得到了等價(jià)向量解析解的一般形式。 (4)對(duì)于一類傳感器為多速率數(shù)據(jù)采樣的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，應(yīng)用提升技術(shù)建立了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的離散化模型，即以各采樣周期最小公倍數(shù)為周期的線性定常系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于等價(jià)空間的多速率數(shù)據(jù)采樣網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)殘差產(chǎn)生器，進(jìn)一步應(yīng)用逆提升技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了殘差產(chǎn)生同步于測(cè)量輸出采樣的快速化，為多速率采樣網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)提供了一種新的快速故障檢測(cè)方法。 (5)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)時(shí)滯為未知、時(shí)變、有

5、界，并且數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程可能存在數(shù)據(jù)丟包或時(shí)序錯(cuò)亂的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，其離散化系統(tǒng)模型的建立將產(chǎn)生較大建模誤差。本文基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的一種連續(xù)時(shí)間模型，提出了一種基于觀測(cè)器的故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用Lyapunov-Krasovskii函數(shù)，推導(dǎo)并證明了H<,∞>故障檢測(cè)濾波器存在的依賴時(shí)滯的充分條件，并采用一種錐形補(bǔ)技術(shù)，將H<,∞>故障檢測(cè)濾波器的求解轉(zhuǎn)化成受線性矩陣不等式組約束的最小化問(wèn)題，最后給出了求解觀測(cè)器增益矩陣的迭代算法。