具有典型特性的网络控制系统的故障检测

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:walker1116_2009
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网络控制系统是传感器、控制器和执行器在空间上通过有线或无线通讯网络进行连接的控制系统.和传统点到点的控制方式相比,网络控制系统具有造价低、容易安装和维护、系统结构灵活等特点.因此,它在分布式控制、机器人控制、兵器系统、飞行器控制等方面得到了广泛的应用.然而,由于网络带宽或容量是有限的,因此,网络控制系统也呈现出一系列的典型特性,例如,网络诱导时延、数据丢包、数据包错序、量化误差等,使得控制系统容易出现故障,进而使得控制系统性能下降,严重时会导致系统不稳定或崩溃.  到目前为止,和网络控制系统的稳定性分析、H∞控制、滤波等丰富的理论成果相比,网络控制系统的故障检测研究成果相对较少.众所周知,网络控制系统所呈现出的典型特性往往具有复合性质.本文研究具有一种或两种典型特性(传输时延、传感器调度、传感器数据异常)网络控制系统(奇异网络控制)的故障检测问题,旨在为研究具有多种复合典型特性网络控制系统的故障检测提供一定的理论基础,这也是我们的研究动机.因此,本文以几类具有典型特性的网络控制系统为研究对象,在网络诱导时延、传感器调度、数据异常的网络环境下,研究它们的故障检测问题,提高系统的安全性和可靠性.本文主要研究内容如下:  1.研究了具有网络诱导时延网络控制系统的故障检测问题.首先研究了具有马尔可夫传输时延的一类非线性网络控制系统的故障检测问题,传感器-控制器和控制器-执行器时延分别建模为在有限集合中取值的马尔可夫过程,构建了全阶故障检测滤波器,通过系统的增广方式,其故障检测滤波问题转化为马尔可夫跳变系统的滤波问题,得到了故障检测滤波器存在的充分条件.然后研究了具有状态时延和马尔可夫传输时延网络控制系统的故障检测问题,其转移概率是部分已知且在有限集合中取值,设计了传输时延相关的故障检测滤波器,通过系统的增广方式,其系统的故障检测问题转化为马尔可夫跳变系统的滤波问题,得到了故障检测滤波器存在的充分条件.  2.研究了奇异网络控制系统的故障检测问题.首先研究了具有多状态时延和传输时延一类非线性奇异网络控制系统的故障检测问题,网络诱导时延建模为转移概率部分已知的马尔可夫过程,非线性函数满足局部Lipschitz条件,构建了传输时延相关的故障检测滤波器,通过系统的增广方式,其故障检测问题转化为奇异马尔可夫跳变系统的滤波问题,得到了故障检测滤波器存在的充分条件.然后研究了具有随机发生时延和传输时延奇异网络控制系统的故障检测问题.其随机发生时延包括多状态时延和无限分布时延,它们被建模为贝努力分布的随机变量;传输时延建模为转移概率部分已知的马尔可夫过程,且三者是相互独立的,构建了传输时延相关的故障检测滤波器,通过系统的增广方式,其故障检测问题转化为奇异马尔可夫跳变系统的滤波问题,得到了故障检测滤波器存在的充分条件.  3.研究了具有传感器调度的一类非线性网络控制系统的故障检测问题.每个传感器的工作状态建模为贝努力序列,所有传感器调度建模为转移概率部分已知的马尔可夫过程,其非线性函数满足区间有界条件,构建了传感器调度相关的故障检测滤波器,通过系统的增广方式,其故障检测问题转化为马尔可夫跳变系统的滤波问题,得到了故障检测滤波器存在的充分条件.  4.研究了具有传感器数据异常的一类非线性网络控制系统的故障检测问题.每个传感器的数据异常现象建模为服从特定概率分布的随机变量,且之间相互独立,非线性函数满足区间有界条件,构建了全阶故障检测滤波器,通过系统的增广方式,其故障检测滤波问题转化为非线性时滞系统的滤波器问题,得到了故障检测滤波器存在的充分条件.
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