控制系统故障检测与诊断方法研究

论文摘要

随着现代控制系统的规模和复杂度的不断增加,现代工业过程对系统安全性、可靠性的需求也日益提高。故障诊断技术可为复杂系统的安全性和可靠性提供保障,因此其研究具有重要的理论意义和广泛的应用价值。本文在第一章介绍了故障检测与诊断技术的研究背景和发展现状。介绍了现有的一些故障检测与诊断方法,讨论了这些方法的基本思想和特点。在第二章中介绍了线性矩阵不等式、Lyapunov稳定性及控制器设计的相关基础知识。第三章和第四章是本文的主要研究工作,也是主要创新之处,其主要内容如下：首先,针对一类简单的线性非时变系统,提出了传感器和执行器的故障诊断方法。利用线性系统理论和矩阵理论的相关知识,对系统可能的故障情况作出详细的分析；通过系统的实际输出值和理论输出值作比较的方法来确定系统的故障原因。并且通过数值算例验证了该方法的有效性。其次,研究基于观测器的故障检测与诊断方法。介绍了传感器、执行器和状态的故障模型；针对具有精确数学模型的线性非时变系统,分别给出了单输出系统和多输出系统的故障检测观测器的设计方法；提出了基于观测器的故障诊断方法。最后通过数值算例,说明了该方法的有效性。最后,对全文所作的工作进行了总结,并展望了故障诊断技术进一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 故障检测与诊断研究背景及意义
• 1.2 故障检测与诊断的基本问题
• 1.2.1 故障检测与诊断基本概念
• 1.2.2 FDD的任务和主要研究内容
• 1.2.3 故障检测与诊断系统的性能评价指标
• 1.3 故障检测与诊断的主要方法
• 1.3.1 基于解析模型的方法
• 1.3.2 基于信号处理的方法
• 1.3.3 基于知识的方法
• 1.4 故障检测与诊断领域研究现状
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第2章 基本理论
• 2.1 线性矩阵不等式
• 2.1.1 线性矩阵不等式的发展
• 2.1.2 线性矩阵不等式
• 2.2 LYAPUNOV意义下的稳定性
• 2.3 线性系统平衡状态稳定性判据
• 2.4 LYAPUNOV直接法
• 2.5 控制器的设计
• ∞控制器设计'>2.5.1 H_∞控制器设计
• 2控制器设计'>2.5.2 H₂控制器设计
• 2/H_∞控制器设计'>2.5.3 H₂/H_∞控制器设计
• 2/H_∞控制器设计'>2.5.4 鲁棒H₂/H_∞控制器设计
• 2.5.5 区域极点配置
• 2.6 本章小结
• 第3章 系统执行器和传感器故障诊断方法
• 3.1 组合故障及其对应的状态类型分析
• 3.2 基于状态响应的故障诊断
• At的计算方法'>3.2.1 e^At的计算方法
• 3.2.2 基于状态响应的故障诊断
• 3.3 基于状态变化率的故障诊断
• 3.4 非工作状态的故障诊断
• 3.5 算例分析
• 3.6 本章小节
• 第4章 基于观测器的线性系统故障诊断
• 4.1 基于观测器的控制系统模型描述
• 4.2 故障检测观测器的设计
• 4.2.1 系统发生故障的观测器设计
• 4.2.2 系统正常时的观测器设计
• 4.3 基于观测器的故障诊断
• 4.4 数值算例
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的研究成果
• 致谢