网络环境下中立时滞系统的故障检测方法研究

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网络技术与现代工业生产过程之间的交叉融合日益加深,使得众多的控制系统研究领域变得更为智能化、复杂化。中立时滞系统作为一类具有广泛代表性的系统,可以描述很多的实际工业生产过程,如分布式网络无损传输、双级溶解槽、涡轮喷气发动机等,所以有关该系统的研究近年来得到了广泛的关注。然而,在网络环境中通信资源的限制下,系统数据在传输过程中容易产生时延和数据丢失问题从而引发系统的故障,这些故障会不可避免的对系统安全性和可靠性产生影响。二十一世纪以来,伴随着各种工业系统的快速发展,对其也提出了更高的要求,研究故障检测技术,提前检测出故障,对系统的安全稳定运行有重要的实际作用。故障检测技术作为提高系统性能的有效手段,近年来已成为重点研究课题。本文将针对网络环境下的中立时滞系统,研究其故障检测问题,主要内容包括如下几方面:首先,针对网络环境下的中立时滞系统,考虑系统存在的时延和丢包现象,建立基于观测器的H∞故障检测滤波器,利用Bernoulli分布来描述信息传输过程中的丢包问题,并运用线性矩阵不等式(LMI)技术和Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性。另一方面,将时延在不同区间内的概率分布问题同样采用Bernoulli分布来描述,通过构造时滞相关的Lyapunov函数,建立使系统均方渐近稳定且具有L1噪声抑制水平的性能准则。数值仿真结果表明了该设计方法的可行性。其次,考虑存在分布时滞以及传感器饱和约束下的中立时滞系统,研究了该系统在受到两种不同输入噪声干扰下的故障检测问题。运用Schur引理以及LMI技术,将故障检测滤波器的设计问题转化为H∞和L1性能的优化问题,构建故障检测滤波器来产生残差信号,然后比较残差评价函数数值和预设的阈值,来判断系统故障的产生情况。再次,考虑Markov跳变参数和中立时滞系统结合,研究其H∞故障检测问题。利用伊藤微分和Newton-Leibniz公式,提出了使故障检测系统随机稳定且满足H∞性能指标的故障检测滤波器存在的充分条件。最后通过数值仿真验证了该方法可行且有效。最后,针对具有分布时滞的中立时滞系统,采用了事件触发机制降低多余数据的传输,减少不必要的资源浪费,研究了事件触发机制下的中立时滞系统L1故障检测问题。引入了故障加权模型来改善系统的检测性能,利用Lyapunov稳定性理论,得到了保证故障检测系统渐近稳定的条件,并在数值仿真中进行了证明。
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