非线性网络控制系统的故障检测方法研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:eidolonfish
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随着计算机通信技术和控制技术的飞速发展,网络控制系统依靠其独特的优势,被广泛地应用到工业生产、生活的各个领域中。网络控制系统同样会发生故障,从而造成系统性能的下降甚至导致系统不稳定及崩溃。此外,通信网络的引入造成的传输时滞、数据丢包等影响,使得传统的故障诊断方法无法直接使用到该类系统上。针对非线性网络控制系统,研究故障检测方法具有重要的理论和实际意义。本文主要研究了非线性网络控制系统的故障检测问题。首先,介绍了网络控制系统故障检测技术的发展现状,分析了现有成果的特点与不足,并对将涉及的相关理论知识进行了介绍。首先,研究了具有传输时滞的非线性网络控制系统故障检测问题。根据网络传输时滞的随机性特点,采用两个相互独立的Markov链分别描述传感器-控制器时滞和控制器-执行器时滞,建立Markov跳跃网络控制系统时滞模型。考虑系统非线性项满足扇形约束条件,通过对被控系统状态和故障检测滤波器进行适当扩维,利用一组线性矩阵不等式设计了鲁棒故障检测滤波器,并利用故障检测滤波器得到系统残差,实现了故障检测。其次,研究了具有传输时滞和传感器数据丢包的网络控制系统故障检测问题。根据数据丢包的概率统计特点,采用满足均匀分布的随机变量描述传感器测量端的数据丢包问题;利用权重矩阵故障信号描述系统故障,残差对故障的敏感性得到提高。针对该模型,设计了一种鲁棒故障检测观测器,通过扩维获得故障检测误差动态系统,并利用一组线性矩阵不等式分析误差动态系统稳定性,从而实现对系统故障的及时有效的检测。再者,研究了基于T-S模糊模型的非线性网络控制系统故障检测问题。考虑T-S模糊建模误差,模型子系统保留一定的非线性项,使系统更贴近实际系统模型;系统的状态时滞为随机有界,传感器的数据丢包满足均匀分布。针对该模型,分析设计一种基于T-S模糊模型的鲁棒H¥全维故障检测滤波器,使得误差动态系统在给定的H¥性能指标下渐进均方稳定,并利用线性矩阵不等式给出滤波器设计的充分条件,实现了系统的故障检测。研究了具有传输约束的T-S模糊模型网络控制控制系统故障检测问题。根据传输时滞和数据丢包的分布特点,考虑系统双通道(传感器—控制器和控制器—执行器)数据丢包和传输时滞,对控制器-执行器通道采用无限分布式时滞描述数据丢包和传输时滞两种现象;传感器-控制器通道的数据丢包采用均匀分布的随机函数表示。针对该模型,分析设计一种基于T-S模糊模型的故障检测观测器,通过Lyapunov方程分析故障检测误差动态系统稳定的充分条件,利用一组线性矩阵不等式给出故障检测观测器参数的设计形式,从而解决具有双通道数据丢包的网络控制系统故障检测问题。最后,针对所提出的故障检测方法进行了仿真实验,仿真结果验证了所提方法的有效性和可行性。
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