基于观测器方法的系统故障诊断技术的研究

论文摘要

随着生产水平和科学技术的不断发展,现代控制系统的规模日趋大型化、复杂化。系统发生故障的可能性随之增加。为了提高控制系统的可靠性和安全性,人们迫切需要建立一个监控系统,实时检测出系统发生的故障,并对故障原因、特征进行分析、判断,采取必要的措施,防止灾难性事故发生。本文主要进行了基于观测器方法的动态系统故障诊断的研究。主要研究工作如下:首先介绍基于数学模型故障诊断理论,介绍系统的正常模型,故障模型,以及系统发生故障时这种方法是否具有可检测性,详细分析了基于未知输入观测器的鲁棒故障诊断方法,并对一线性系统进行了仿真。其次,本文讨论了由T-S模糊模型描述的非线性系统的故障估计问题。将适用于线性系统的未知输入观测器的方法推广到非线性系统中,提出了一种由T-S模糊模型描述的非线性系统鲁棒残差产生器设计方法,使产生的残差信号对于扰动具有较强的鲁棒性,从而可达到较好的故障诊断效果。然后针对T-S模糊模型描述的非线性系统,本文还提出了一种基于L2观测器方法的故障诊断。通过引入参考模型,利用L2优化的方法设计故障诊断观测器,产生系统故障的残差模型。运用李亚普诺夫稳定性理论给出观测器稳定的充分条件,并用线性矩阵不等式方法表示了其充分条件,通过解矩阵不等式得到观测器的增益矩阵。仿真研究说明所提出的方法是有效的和可行的。最后,对本文进行工作的总结,并对下一步继续从事的研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 故障诊断的意义
• 1.2 故障诊断技术的概述
• 1.2.1 故障的定义
• 1.2.2 故障的划分
• 1.2.3 故障诊断的含义
• 1.2.4 故障诊断的性能指标
• 1.2.5 故障诊断的主要方法
• 1.2.6 故障诊断技术的发展
• 1.3 基于观测器方法故障诊断发展现状
• 1.4 本课题研究的目标和内容
• 第二章 基于观测器方法的故障诊断
• 2.1 控制系统故障的数学表示
• 2.1.1 传感器故障模型
• 2.1.2 执行器故障模型
• 2.1.3 系统状态故障模型
• 2.2 故障的可检测性
• 2.2.1 执行机构突变故障的可检测性
• 2.2.2 传感器突变故障的可检测性
• 2.2.3 状态突变故障的可检测性
• 2.3 基于观测器的控制系统故障诊断的原理
• 2.4 检测滤波器的设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于未知输入观测器的线性系统故障诊断
• 3.1 引言
• 3.2 未知输入观测器理论
• 3.3 未知输入观测器的设计
• 3.4 基于未知输入观测器的故障诊断和仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于未知输入观测器的非线性系统故障诊断
• 4.1 引言
• 4.2 基于未知输入观测器的非线性系统故障诊断
• 4.2.1 Takagi-Sugeno 模糊模型
• 4.2.2 未知输入观测器的设计
• 4.3 研究仿真
• 4.4 本章小结
• 2观测器的非线性系统故障诊断'>第五章 基于L₂观测器的非线性系统故障诊断
• 5.1 引言
• 5.2 非线性系统描述
• 2范数及L₂ 增益'>5.3 L₂范数及L₂增益
• 5.3.1 范数
• ∞范数'>5.3.2 H_∞范数
• 2 观测器的系统故障诊断'>5.4 基于L₂观测器的系统故障诊断
• 5.5 研究仿真
• 5.6 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 论文主要完成的工作
• 6.2 论文后续工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢