中低速磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制研究.pdf

1、我國(guó)中低速磁浮交通即將進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)階段，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性已成為這一新型交通體系能否在我國(guó)生存和繼續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵要素。實(shí)現(xiàn)磁浮列車的可靠性設(shè)計(jì)，尤其是常規(guī)軌道交通不存在的懸浮控制的間隙傳感器和電磁鐵的故障診斷和容錯(cuò)控制系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)磁浮列車可靠運(yùn)行的必要保證。本文針對(duì)系統(tǒng)的傳感器，以磁懸浮非線性不確定系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了基于非線性狀態(tài)觀測(cè)器的故障診斷算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器的故障診斷。設(shè)計(jì)了基于懸浮控制系統(tǒng)傳感器的狀態(tài)信息庫(kù)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了

2、傳感器容錯(cuò)控制算法，保證了傳感器故障前后懸浮控制系統(tǒng)具有一致的性能。設(shè)計(jì)了基于非線性擾動(dòng)觀測(cè)器的電磁鐵故障診斷算法，在檢測(cè)到電磁鐵故障后，該算法能夠自適應(yīng)重構(gòu)控制律以保證在故障前后控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。論文的主要工作包括：
　?。?）基于相關(guān)度分析算法處理三路間隙信號(hào)，使得間隙在對(duì)過(guò)接縫擾動(dòng)不敏感的同時(shí)正確識(shí)別出間隙傳感器的故障，并獲得高可靠性的間隙信號(hào)；然后，基于系統(tǒng)的不確定性和擾動(dòng)有界前提下，提出了一種非線性自適應(yīng)阻尼狀態(tài)觀測(cè)器，

3、采用Lyapunov方法保證了觀測(cè)器是全局一致有界的，其能夠以任意精度實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)信息的估計(jì)。把狀態(tài)觀測(cè)器與物理傳感器的輸出殘差作為傳感器的故障指示，如果傳感器發(fā)生了故障就會(huì)導(dǎo)致該殘差發(fā)生變化，從而可以檢測(cè)和診斷出該故障的發(fā)生。
　?。?）在假設(shè)懸浮控制系統(tǒng)模型不確定性有界的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)滑模非線性觀測(cè)器作為系統(tǒng)的虛擬傳感器，并結(jié)合系統(tǒng)的物理傳感器構(gòu)建系統(tǒng)的狀態(tài)信息庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的多重測(cè)量。以信息庫(kù)內(nèi)狀態(tài)的相關(guān)度為

4、指標(biāo)，檢測(cè)相關(guān)狀態(tài)的偏離度，如果某一個(gè)狀態(tài)量與其他狀態(tài)的相關(guān)度大幅偏離，則確認(rèn)相關(guān)的傳感器發(fā)生了故障，并在控制策略中采用其他傳感器作為控制系統(tǒng)的輸入完成系統(tǒng)的閉環(huán)反饋運(yùn)算。文中證明，在信息庫(kù)內(nèi)輸入到控制器的狀態(tài)量切換過(guò)程中，系統(tǒng)具備不變的穩(wěn)定性和性能。
　　（3）探討了懸浮系統(tǒng)電磁鐵匝間短路故障的故障診斷與容錯(cuò)控制問(wèn)題。本文提出了基于電磁鐵特征參數(shù)增益觀測(cè)的故障診斷算法和相應(yīng)的容錯(cuò)控制方案。首先設(shè)計(jì)和提出了一種擾動(dòng)觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)