基于观测器的线性系统故障检测方法研究

论文摘要

基于观测器的故障检测方法一直是基于解析模型故障诊断方法研究的热点,它充分利用系统的数学模型,具有鲁棒性强、效率高和可靠性好等优点。但大多基于观测器的故障检测系统的设计都采用H∞优化技术,设计方法、算法复杂,为工程实践带来不便。本论文在介绍基于观测器的故障诊断原理的基础上,从开环和闭环两方面介绍了如何对故障系统建模,并对倒立摆系统、三容水箱系统、汽车横向动态系统三个应用实例详细分析了动态系统的故障建模。然后,针对线性时不变离散系统,结合观测器理论与等价空间方法,建立评价函数,并确定阈值,把传统的优化问题转化为对观测器和滤波器的优化设计来求解,简化了设计方法,并获得了较为满意的结果。数值仿真验证了方法的有效性。最后,针对线性时不变连续系统,构建输出观测器生成残差,通过添加后置滤波器来抑制残差中不感兴趣部分而加强其中反应故障的成分,以区分故障与模型不确定性等未知输入的影响,设计方法、算法简单。数值仿真和倒立摆系统、三容水箱系统、汽车横向动态系统三个应用实例仿真说明了有后置滤波器的残差检测效果要明显优于无后置滤波器的效果,验证了方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.2 故障诊断技术概述
• 1.2.1 故障的定义
• 1.2.2 故障的分类
• 1.2.3 故障诊断技术研究的主要内容
• 1.2.4 故障诊断技术的发展
• 1.3 故障诊断技术的主要方法
• 1.3.1 基于解析模型的方法
• 1.3.2 基于知识的方法
• 1.3.3 基于信号处理的方法
• 1.4 基于等价空间的故障检测方法研究现状
• 1.5 基于观测器的故障检测方法研究现状
• 1.6 论文主要研究内容与结构安排
• 第二章 基于解析模型的故障检测原理
• 2.1 引言
• 2.2 基于解析模型故障诊断的基本原理
• 2.3 故障系统建模
• 2.3.1 开环控制系统故障建模
• 2.3.2 闭环控制系统故障建模
• 2.4 残差生成的一般形式
• 2.5 残差生成方法
• 2.6 故障建模实例分析
• 2.6.1 倒立摆控制系统故障建模
• 2.6.2 三容水箱系统故障建模
• 2.6.3 汽车横向动态系统故障建模
• 2.7 小结
• 第三章 基于观测器的等价空间故障检测方法
• 3.1 引言
• 3.2 基于等价空间的故障检测原理
• 3.2.1 基于硬件冗余残差生成的故障检测
• 3.2.2 基于软件（连续）冗余残差生成的故障检测
• 3.3 基于观测器的等价空间故障检测方法
• 3.4 数值仿真
• 3.5 小结
• 第四章 基于后置滤波器的观测器故障检测方法
• 4.1 引言
• 4.2 基于输出观测器的故障检测方法
• 4.2.1 残差生成
• 4.2.2 故障可检测条件
• 4.2.3 残差评价
• 4.3 加后置滤波器的观测器故障检测方法
• 4.4 数值仿真
• 4.5 实例仿真
• 4.6 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 有待进一步研究的内容
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的主要成果
• 致谢