調距槳螺距控制系統(tǒng)故障診斷與容錯控制研究.pdf

1、調距槳具有良好的操作性能，能最大限度滿足機-槳間的功能匹配。因此，調距槳及其配套的控制系統(tǒng)在各種工程船舶上得到了廣泛的應用。螺距控制系統(tǒng)是調距槳的重要組成部分，螺距控制性能對動力裝置的整體效率影響很大。該系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，不僅影響船舶運營的經濟性，甚至導致船舶主要動力裝置的失效，對船舶正常航行造成嚴重影響。因此，切實保證螺距控制系統(tǒng)的可靠性和安全性至關重要。本文針對調距槳螺距控制系統(tǒng)在工程中的常見故障，開展了螺距控制系統(tǒng)的故障診斷與容錯

2、控制研究。
　　論文分析了螺距控制系統(tǒng)的典型故障，并建立了螺距控制系統(tǒng)的數學模型和故障解析模型，為故障檢測與診斷提供模型依據。然后，針對典型螺距控制系統(tǒng)故障進行了故障檢測，驗證了算法的有效性。最后，在故障檢測原理基礎上，針對液壓缸執(zhí)行器故障和螺距位移傳感器故障，分別提出了有效的容錯控制策略，使系統(tǒng)達到在故障下也能正常運行的目的。
　　螺距控制系統(tǒng)典型故障集中在液壓缸執(zhí)行器和位移傳感器，且故障具有多發(fā)性。論文針對液壓缸故障、位

3、移傳感器故障等不同的故障現象進行了八組故障模擬試驗，根據各組實驗數據對比分析，將故障歸納為完全故障、恒增益故障和恒偏差故障三種形式，并給出了相應的解析模型。以MCP34-C/4調距槳螺距控制系統(tǒng)為實例，通過液壓系統(tǒng)原理進行分析，對調距槳螺距控制系統(tǒng)進行了數學建模，通過對實驗數據進行二項式曲線擬合確定了數學模型的參數。
　　針對典型螺距控制系統(tǒng)故障，給出了同時滿足故障診斷快速性、魯棒性和靈敏性要求的故障檢測觀測器設計方法。在多性能指

4、標約束條件下，將故障檢測問題轉化為線性矩陣不等式的可行性問題。分析了各性能指標的取值范圍，給出了故障檢測觀測器的設計方法，獲得了螺距控制系統(tǒng)的LMI內部描述，最后使用LMI工具箱中的求解器求解獲得故障檢測觀測器。其特點是同時滿足三種不同指標的要求，更加符合實際工程需求。
　　針對液壓缸執(zhí)行器故障，將故障診斷觀測器和輸出反饋容錯控制相結合，提出了基于故障診斷觀測器的輸出反饋容錯控制算法。此方法有效避免了基于觀測器的狀態(tài)反饋控制器的設

5、計難點。在控制過程中，通過設計的故障診斷觀測器實時估計出故障，容錯控制器對故障信號進行補償控制。將容錯控制器設計問題轉化為線性矩陣不等式的可行性問題，利用LMI工具箱中的求解器求解獲得容錯控制器。
　　針對螺距位移傳感器故障，提出一種基于觀測器的被動容錯控制器設計方法。利用Riccati方程不等式，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，利用Lyapunov函數來證明穩(wěn)定性的條件，聯立Riccati方程不等式和穩(wěn)定性條件，利用LMI工具箱中的求解器求

6、解得出控制器，得到設計的控制器。
　　綜上所述，本文提出的基于觀測器的故障檢測方法可以在線檢測執(zhí)行器故障和傳感器故障，基于故障診斷觀測器的輸出反饋容錯控制和基于觀測器的被動容錯控制方案能夠恢復控制系統(tǒng)性能。為了驗證其故障診斷與容錯控制方法的實用價值，將提出的理論應用到MCP34-C/4調距槳螺距控制系統(tǒng)。計算機仿真實驗和實驗數據表明數學模型和故障解析模型比較準確，故障檢測方法和容錯控制方法提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，對其它控制