基于LMI技術(shù)的線性系統(tǒng)故障檢測方法.pdf

1、隨著工業(yè)過程和航空航天領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)可靠性和安全性要求的提高，故障檢測技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱門之一，而基于模型的故障檢測方法是故障檢測技術(shù)中廣泛應(yīng)用的一種有效方法。近來，人們開始把H∞和H_技術(shù)引入到基于模型的故障檢測方法中來加強(qiáng)干擾魯棒性和故障敏感性，提出了很多故障檢測方法。然而，己存方法中仍有一些問題需要解決。例如，采用加權(quán)函數(shù)來限制故障頻率范圍會帶來不準(zhǔn)確性，對于任意小卡死故障已有技術(shù)不再可用等。本論文在前人工作的基礎(chǔ)上，給出了新的

2、故障檢測濾波器設(shè)計方法，解決了頻率加權(quán)帶來的不準(zhǔn)確性問題，可以準(zhǔn)確地刻畫故障和干擾的有限頻特征；提出了基于穩(wěn)態(tài)的故障檢測方法，可以有效地檢測任意小的卡死型故障，尤其是中斷故障，這是已有故障檢測技術(shù)所無法解決的。另外，本文針對實際系統(tǒng)中常常存在不確定性的情況，研究了系統(tǒng)中含有多胞不確定性時的故障檢測問題。本文的一些結(jié)果用到了VTOL飛機(jī)和F-18戰(zhàn)斗機(jī)的故障檢測濾波器或觀測器的設(shè)計中，仿真算例驗證了本文提出方法的優(yōu)越性和有效性。
　

3、　 第1-2章系統(tǒng)地分析和總結(jié)了故障檢測這一前沿研究領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及研究方法，并給出了與本文相關(guān)的一些預(yù)備知識。
　　 第3-4章分別研究了線性系統(tǒng)沒有不確定性和具有不確定性時的故障檢測問題。通過同時滿足H_和H∞性能指標(biāo)，故障敏感性和干擾的魯棒性都得到了增強(qiáng)，引入新提出的廣義KYP引理來描述這兩個有限頻性能指標(biāo)，可以對有限頻性能指標(biāo)進(jìn)行直接處理，避免了加權(quán)函數(shù)引入的保守性。最后故障檢測問題轉(zhuǎn)化成一個基于線性矩陣不等式的多目標(biāo)

4、優(yōu)化問題。仿真算例給出了本文提出方法與已有技術(shù)的比較，驗證了這兩章提出方法的優(yōu)越性。
　　 第5-6章分別考慮了具有多胞不確定性的線性系統(tǒng)和線性參數(shù)變化系統(tǒng)的同時故障檢測與控制問題，考慮的故障仍然假定在已知的頻率范圍內(nèi)，設(shè)計了一個檢測器/控制器來產(chǎn)生兩個信號：檢測信號和控制信號，分別用來檢測故障和控制原開環(huán)系統(tǒng)并滿足一些控制性能指標(biāo)。因為第5章中的不確定系統(tǒng)的輸出反饋控制問題是一個很難的非凸問題，為了求解這一章的問題，采用了新提

5、出的二步過程來設(shè)計這個檢測器/控制器?；谝恍┚€性化技術(shù)，第6章需要滿足的一些有限頻性能指標(biāo)最后轉(zhuǎn)化成一組線性矩陣不等式，可以通過MATLAB控制工具箱直接求解。仿真算例驗證了這兩章提出方法的有效性。
　　 第7章主要考慮的是對線性不確定系統(tǒng)的故障估計問題。不同于已有的方法，這一章借助于廣義KYP引理來描述故障的有限頻特征，直接對有限頻性能指標(biāo)進(jìn)行處理，可以避免加權(quán)函數(shù)帶來的復(fù)雜度和不準(zhǔn)確性。在仿真算例中，通過與已有方法的比較，

6、可以看出這一章提出的故障估計方法得到了更好的故障估計和干擾抑制效果。
　　 第8章研究了一類不確定狀態(tài)反饋跟蹤控制系統(tǒng)的故障檢測問題，考慮了執(zhí)行器的卡死故障。通過滿足一定的性能指標(biāo)，設(shè)計了一個加權(quán)矩陣來產(chǎn)生殘差，使得系統(tǒng)在沒有故障發(fā)生時殘差信號的幅值小于在有執(zhí)行器發(fā)生卡死故障時殘差信號的幅值。通過一個基于線性矩陣不等式的迭代算法求得這個加權(quán)矩陣的解。需要指出的是這一章提出的方法可以有效地檢測執(zhí)行器卡死故障尤其是中斷的情況，這用已

7、有的技術(shù)是無法實現(xiàn)的。在仿真算例中，通過與已有技術(shù)的比較，驗證了這一章提出方法的優(yōu)越性。
　　 第9-10章分別研究了同時故障檢測與控制，同時故障檢測與濾波的問題。需要指出的是這兩章給出的同時設(shè)計可以大大減小分別單獨設(shè)計帶來的復(fù)雜性。此外，這兩章提出的方法可以檢測任意小的執(zhí)行器或傳感器卡死故障包括中斷情況，這用已有技術(shù)是無法處理的。仿真算例驗證了這兩章方法的有效性。
　　 最后對全文所做的工作進(jìn)行了總結(jié)，并指明了下一步研