三容水箱系统故障诊断算法研究

论文摘要

本文旨在利用DTS200三容水箱液位控制系统进行故障诊断研究。DTS200三容水箱系统具有模拟多种故障的能力,如阀门漏水、导管阻塞等被控对象故障、水泵停转等执行器故障以及传感器失效故障等。本文的主要研究内容包括以下几方面:首先,论文系统地介绍了目前国内外有关三容水箱的液位控制与故障诊断的研究动态,概述了故障诊断的一般概念、常用方法,总结了故障诊断领域当前的研究成果和发展趋势。其次,对DTS200三容水箱系统进行机理建模,可分为对象建模和故障建模,搭建了水箱系统的SIMULINK模型并建立了基于Taylor展开及T-S模糊理论的线性化模型,然后对三容水箱的液位控制算法进行了研究,针对单入单出系统,给出一种分段控制方法,通过与常规PID控制及模糊自适应控制方法比较,显示该分段控制算法的优越性;针对双入双出系统,由于高阶系统变量之间存在着耦合特性,则利用状态反馈解耦方法,将相互耦合的系统分解成两个相互独立的子系统,解耦前后的PID控制结果表明解耦方法的有效性。最后,以双入双出系统为研究对象进行了故障诊断研究,首先总结了多种故障情况下系统的数学模型,描述了各种故障的特点,给出一般形式的故障模型。接着利用未知输入观测器方法进行了故障诊断研究。对双入双出系统的仿真结果表明未知输入观测器法能够及时检测出相应的故障并估计出故障的程度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 国内外有关三容水箱的研究
• 1.2.2 控制系统故障诊断技术的发展综述
• 1.2.3 控制系统故障诊断技术的发展趋势
• 1.2.4 模糊控制
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 三容水箱机理建模
• 2.1 三容水箱机理建模
• 2.1.1 单入单出系统建模
• 2.1.2 双入双出系统建模
• 2.2 三容水箱系统的模型线性化
• 2.2.1 基于Taylor展开的线性化模型
• 2.2.2 基于T-S模糊理论的线性化模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 三容水箱液位控制
• 3.1 单入单出系统的液位控制
• 3.1.1 PID控制器
• 3.1.2 模糊自适应控制器
• 3.1.3 分段控制器
• 3.1.4 系统仿真
• 3.2 双入双出系统的解耦控制
• 3.2.1 非线性解耦算法
• 3.2.2 双入双出系统的解耦
• 3.3 本章小结
• 第4章 三容水箱故障诊断研究
• 4.1 故障模型的建立
• 4.1.1 传感器故障
• 4.1.2 执行器故障
• 4.1.3 水箱漏水
• 4.1.4 连通阀阻塞
• 4.1.5 综合故障模型
• 4.2 基于未知输入观测器的故障检测与诊断
• 4.2.1 未知输入观测器设计
• 4.2.2 基于未知输入观测器的三容水箱故障诊断
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢