基于解析模型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障檢測.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是自動控制技術(shù)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)往往規(guī)模較大，一旦發(fā)生事故可能會造成巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，切實提高網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的安全性與可靠性具有重要的社會意義和經(jīng)濟(jì)價值。由于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)傳輸時滯、數(shù)據(jù)丟包、時序錯亂以及傳感器多速率采樣等現(xiàn)象的廣泛存在，傳統(tǒng)的故障檢測方法已不能有效解決網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障檢測問題，近年來關(guān)于這類問題的研究受到了廣泛關(guān)注，但是仍有許多問題尚待進(jìn)一步研究。 本文研究了幾類不

2、同網(wǎng)絡(luò)時滯情況和多速率數(shù)據(jù)采樣網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障檢測問題，主要研究工作和成果有以下幾點： (1)對于網(wǎng)絡(luò)時滯小于一個采樣周期的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，建立了系統(tǒng)的離散化模型，并在此基礎(chǔ)上研究了基于觀測器的故障檢測問題。把不確定時滯對殘差系統(tǒng)產(chǎn)生的影響描述為未知輸入，將殘差產(chǎn)生器設(shè)計歸結(jié)為后置濾波器和觀測器增益矩陣的求解，給出了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)H<,∞>故障檢測的矩陣Ricatti方程方法。 (2)基于網(wǎng)絡(luò)時滯小于一個采樣周期的離散化系

3、統(tǒng)模型，應(yīng)用等價空間方法研究了魯棒故障檢測問題，提出了殘差產(chǎn)生器設(shè)計的一種新性能指標(biāo)，在滿足殘差信號對于未知輸入和不確定時滯具有一定魯棒性條件下最小化殘差與故障(或加權(quán)故障)之差，從而將等價矩陣的求解歸結(jié)為受線性矩陣不等式約束的多目標(biāo)優(yōu)化問題。 (3)建立了網(wǎng)絡(luò)時滯小于多個采樣周期情況下的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)離散化系統(tǒng)模型，提出了一種基于等價空間的故障檢測最優(yōu)化方法，將殘差產(chǎn)生器設(shè)計歸結(jié)為最小化問題，通過求解廣義特征向量問題給出了等價向

4、量的求解方法，進(jìn)一步通過奇異值分解得到了等價向量解析解的一般形式。 (4)對于一類傳感器為多速率數(shù)據(jù)采樣的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，應(yīng)用提升技術(shù)建立了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的離散化模型，即以各采樣周期最小公倍數(shù)為周期的線性定常系統(tǒng)，設(shè)計了基于等價空間的多速率數(shù)據(jù)采樣網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)殘差產(chǎn)生器，進(jìn)一步應(yīng)用逆提升技術(shù)，實現(xiàn)了殘差產(chǎn)生同步于測量輸出采樣的快速化，為多速率采樣網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)提供了一種新的快速故障檢測方法。 (5)對于網(wǎng)絡(luò)時滯為未知、時變、有

5、界，并且數(shù)據(jù)傳輸過程可能存在數(shù)據(jù)丟包或時序錯亂的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，其離散化系統(tǒng)模型的建立將產(chǎn)生較大建模誤差。本文基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的一種連續(xù)時間模型，提出了一種基于觀測器的故障檢測濾波器設(shè)計方法，應(yīng)用Lyapunov-Krasovskii函數(shù)，推導(dǎo)并證明了H<,∞>故障檢測濾波器存在的依賴時滯的充分條件，并采用一種錐形補(bǔ)技術(shù)，將H<,∞>故障檢測濾波器的求解轉(zhuǎn)化成受線性矩陣不等式組約束的最小化問題，最后給出了求解觀測器增益矩陣的迭代算法。