基于观测器的非线性系统故障诊断研究

论文摘要

在现代工业系统日益增加的对可靠性要求的刺激下,动态系统故障诊断技术近十年来得到了长足的发展。不过大多数故障诊断方法是基于线性系统理论的,这些方法只适用于线性系统。由于实际的工程系统在本质上大多是非线性的,而在故障情况下系统往往表现出更强的非线性特性,因而研究针对非线性动态系统的故障诊断方法非常必要。为了防止故障演变成灾难性的事故,故障隔离和辨识的速度往往起着决定性的作用。遗憾的是故障诊断的速度很少有学者关注。一种新的方法----参数区间法能够很快地隔离出故障,并给出故障大小的估计值。由于参数区间法是在自适应观测器方法的理论基础上发展起来的,所以本文主要研究了基于自适应观测器和基于参数区间的两种非线性系统故障诊断方法。本论文的主要贡献如下:（1）在参数区间法对系统过程动态故障诊断的研究成果基础上,将该方法推广到了系统的执行器故障和传感器故障。（2）建立了基于自适应观测器法和基于参数区间法的新的故障诊断仿真系统。把参数区间法的仿真研究从生化过程系统扩展到了机器人系统等其它的对象模型,在更多的系统上验证了这种新理论的正确性,使该理论的推广更有说服力。同时为该理论的进一步研究提供了更多的仿真实验环境。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的重要性
• 1.2 故障诊断技术的国内外发展状况
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第2章 故障诊断原理概述
• 2.1 故障诊断
• 2.2 故障诊断方法的分类
• 2.2.1 基于解析模型的故障诊断方法
• 2.2.2 基于信号处理的故障诊断方法
• 2.2.3 基于知识的故障诊断方法
• 2.2.4 各方法的特点和发展
• 2.3 非线性系统的故障诊断方法
• 2.4 故障类型的划分
• 2.4.1 按故障发生的部位划分
• 2.4.2 按照对时间的依赖关系划分
• 2.4.3 按故障的表现形式划分
• 2.5 本章小结
• 第3章 问题的定义
• 3.1 对象模型的定义
• 3.2 故障的定义
• 第4章 基于自适应观测器的故障诊断方法及其仿真研究
• 4.1 基于观测器的故障诊断原理
• 4.2 一种基于自适应观测器的非线性动态系统故障诊断方法
• 4.3 单连接机器人系统自适应观测器故障诊断方法研究
• 4.3.1 仿真模型的建立
• 4.3.2 仿真结果及分析
• 4.4 三容水箱系统自适应观测器故障诊断方法研究
• 4.4.1 仿真模型的建立
• 4.4.2 仿真结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于参数区间的故障诊断方法研究
• 5.1 基于参数区间方法的概述
• 5.2 带有阈值的故障隔离方案
• 5.3 不带阈值的故障隔离方案
• 5.4 基于参数区间法用于执行器故障诊断的理论
• 5.5 基于参数区间法用于传感器故障诊断的理论
• 5.6 本章小结
• 第6章 基于参数区间法的故障诊断仿真研究
• 6.1 单连接机器人（执行器故障和系统过程动态故障）
• 6.1.1 仿真模型的建立
• 6.1.2 仿真结果及其分析
• 6.2 包含在竖直面内的单连接机器手臂（传感器故障）
• 6.2.1 仿真模型的建立
• 6.2.2 仿真结果及其分析
• 6.3 单连接机器手臂（系统过程动态故障、执行器故障和传感器故障）
• 6.3.1 仿真模型的建立
• 6.3.2 仿真结果及其分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本文所作工作
• 7.2 有待进一步研究的问题
• 致谢
• 主要参考文献
• 附录