水箱容错控制

论文摘要

容错控制是指系统在元部件或分系统出现故障的时仍具有完成基本功能的能力。它是提高系统安全性和可靠性的一种新的途径,容错控制的方法有硬件冗余方法和软件冗余方法两大类。本课题是在实验室现有三容水箱实验设备基础上,编写程序使水箱系统具有容错控制功能,其中采取的容错控制方法为软件冗余方法。课题主要包括双容水箱系统建模部分,液位控制部分,传感器故障检测部分和容错控制部分。双容水箱系统建模部分是通过对双容水箱系统进行建模,构造出系统模型同时通过系统辨识得出其离散数学模型,液位控制部分采用了用两个算法分别进行了控制,算法分别为预测函数算法和PID算法。传感器故障检测部分是通过建立状态观测器并对状态进行估计,选取合适的阈值,对传感器进行实时故障检测。容错控制部分是指当检测出传感器发生故障后所采取的故障决策。即当只有一个传感器发生故障的时候通过两个液位的关系用另一级的液位控制,使传感器坏掉的这级液位仍能保持在设定值,当两个传感器同时发生故障时,调用先前使系统保持稳定的阀门开度数据,使液位仍能保持在设定值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 容错控制的发展情况
• 1.3 系统总体设计
• 第2章 水箱实验系统建模
• 2.1 系统辨识
• 2.1.1 系统辨识的发展与现状
• 2.1.2 系统辨识的基本过程
• 2.2 双容水箱实验系统
• 2.2.1 水箱实验系统简介
• 2.2.2 系统模型传递函数
• 2.3 水箱液位关系
• 2.4 水箱系统辨识
• 第3章 水箱液位控制
• 3.1 预测函数的产生背景和国内外发展
• 3.2 预测函数控制原理
• 3.3 预测函数算法液位控制
• 3.3.1 一阶过程预测函数控制
• 3.3.2 一阶加纯滞后过程
• 3.4 PID算法液位控制
• 第4章 传感器故障检测
• 4.1 控制系统故障诊断的意义
• 4.2 控制系统故障诊断的概念
• 4.3 传感器故障检测的意义
• 4.4 传感器故障检测的概念和任务
• 4.5 传感器故障检测的方法
• 4.5.1 基于信号处理的方法
• 4.5.2 基于解析模型的方法
• 4.5.3 基于人工神经网络的方法
• 4.6 基于解析模型传感器故障检测
• 4.6.1 传感器故障的模型化
• 4.6.2 传感器故障时的状态估计
• 4.6.3 状态观测器的构造
• 4.6.4 阈值的选取
• 第5章 容错控制
• 5.1 容错控制的概念
• 5.2 容错控制系统的发展
• 5.2.1 基于硬件结构上的考虑
• 5.2.2 基于解析冗余的考虑
• 5.3 容错控制系统的构成
• 5.4 容错控制思想
• 结论
• 参考文献
• 附录 程序
• 致谢
• 研究生履历