基于LMI技術(shù)的線性系統(tǒng)故障檢測(cè)方法.pdf

1、隨著工業(yè)過(guò)程和航空航天領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)可靠性和安全性要求的提高，故障檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱門之一，而基于模型的故障檢測(cè)方法是故障檢測(cè)技術(shù)中廣泛應(yīng)用的一種有效方法。近來(lái)，人們開(kāi)始把H∞和H_技術(shù)引入到基于模型的故障檢測(cè)方法中來(lái)加強(qiáng)干擾魯棒性和故障敏感性，提出了很多故障檢測(cè)方法。然而，己存方法中仍有一些問(wèn)題需要解決。例如，采用加權(quán)函數(shù)來(lái)限制故障頻率范圍會(huì)帶來(lái)不準(zhǔn)確性，對(duì)于任意小卡死故障已有技術(shù)不再可用等。本論文在前人工作的基礎(chǔ)上，給出了新的

2、故障檢測(cè)濾波器設(shè)計(jì)方法，解決了頻率加權(quán)帶來(lái)的不準(zhǔn)確性問(wèn)題，可以準(zhǔn)確地刻畫(huà)故障和干擾的有限頻特征；提出了基于穩(wěn)態(tài)的故障檢測(cè)方法，可以有效地檢測(cè)任意小的卡死型故障，尤其是中斷故障，這是已有故障檢測(cè)技術(shù)所無(wú)法解決的。另外，本文針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)中常常存在不確定性的情況，研究了系統(tǒng)中含有多胞不確定性時(shí)的故障檢測(cè)問(wèn)題。本文的一些結(jié)果用到了VTOL飛機(jī)和F-18戰(zhàn)斗機(jī)的故障檢測(cè)濾波器或觀測(cè)器的設(shè)計(jì)中，仿真算例驗(yàn)證了本文提出方法的優(yōu)越性和有效性。
　

3、　 第1-2章系統(tǒng)地分析和總結(jié)了故障檢測(cè)這一前沿研究領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及研究方法，并給出了與本文相關(guān)的一些預(yù)備知識(shí)。
　　 第3-4章分別研究了線性系統(tǒng)沒(méi)有不確定性和具有不確定性時(shí)的故障檢測(cè)問(wèn)題。通過(guò)同時(shí)滿足H_和H∞性能指標(biāo)，故障敏感性和干擾的魯棒性都得到了增強(qiáng)，引入新提出的廣義KYP引理來(lái)描述這兩個(gè)有限頻性能指標(biāo)，可以對(duì)有限頻性能指標(biāo)進(jìn)行直接處理，避免了加權(quán)函數(shù)引入的保守性。最后故障檢測(cè)問(wèn)題轉(zhuǎn)化成一個(gè)基于線性矩陣不等式的多目標(biāo)

4、優(yōu)化問(wèn)題。仿真算例給出了本文提出方法與已有技術(shù)的比較，驗(yàn)證了這兩章提出方法的優(yōu)越性。
　　 第5-6章分別考慮了具有多胞不確定性的線性系統(tǒng)和線性參數(shù)變化系統(tǒng)的同時(shí)故障檢測(cè)與控制問(wèn)題，考慮的故障仍然假定在已知的頻率范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)了一個(gè)檢測(cè)器/控制器來(lái)產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)：檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)，分別用來(lái)檢測(cè)故障和控制原開(kāi)環(huán)系統(tǒng)并滿足一些控制性能指標(biāo)。因?yàn)榈?章中的不確定系統(tǒng)的輸出反饋控制問(wèn)題是一個(gè)很難的非凸問(wèn)題，為了求解這一章的問(wèn)題，采用了新提

5、出的二步過(guò)程來(lái)設(shè)計(jì)這個(gè)檢測(cè)器/控制器?；谝恍┚€性化技術(shù)，第6章需要滿足的一些有限頻性能指標(biāo)最后轉(zhuǎn)化成一組線性矩陣不等式，可以通過(guò)MATLAB控制工具箱直接求解。仿真算例驗(yàn)證了這兩章提出方法的有效性。
　　 第7章主要考慮的是對(duì)線性不確定系統(tǒng)的故障估計(jì)問(wèn)題。不同于已有的方法，這一章借助于廣義KYP引理來(lái)描述故障的有限頻特征，直接對(duì)有限頻性能指標(biāo)進(jìn)行處理，可以避免加權(quán)函數(shù)帶來(lái)的復(fù)雜度和不準(zhǔn)確性。在仿真算例中，通過(guò)與已有方法的比較，

6、可以看出這一章提出的故障估計(jì)方法得到了更好的故障估計(jì)和干擾抑制效果。
　　 第8章研究了一類不確定狀態(tài)反饋跟蹤控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)問(wèn)題，考慮了執(zhí)行器的卡死故障。通過(guò)滿足一定的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)了一個(gè)加權(quán)矩陣來(lái)產(chǎn)生殘差，使得系統(tǒng)在沒(méi)有故障發(fā)生時(shí)殘差信號(hào)的幅值小于在有執(zhí)行器發(fā)生卡死故障時(shí)殘差信號(hào)的幅值。通過(guò)一個(gè)基于線性矩陣不等式的迭代算法求得這個(gè)加權(quán)矩陣的解。需要指出的是這一章提出的方法可以有效地檢測(cè)執(zhí)行器卡死故障尤其是中斷的情況，這用已

7、有的技術(shù)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。在仿真算例中，通過(guò)與已有技術(shù)的比較，驗(yàn)證了這一章提出方法的優(yōu)越性。
　　 第9-10章分別研究了同時(shí)故障檢測(cè)與控制，同時(shí)故障檢測(cè)與濾波的問(wèn)題。需要指出的是這兩章給出的同時(shí)設(shè)計(jì)可以大大減小分別單獨(dú)設(shè)計(jì)帶來(lái)的復(fù)雜性。此外，這兩章提出的方法可以檢測(cè)任意小的執(zhí)行器或傳感器卡死故障包括中斷情況，這用已有技術(shù)是無(wú)法處理的。仿真算例驗(yàn)證了這兩章方法的有效性。
　　 最后對(duì)全文所做的工作進(jìn)行了總結(jié)，并指明了下一步研