基于ESO與逆系統(tǒng)的非線性系統(tǒng)故障調(diào)節(jié)方法研究.pdf

1、隨著當代科技的迅猛發(fā)展，實際工程中的各種控制系統(tǒng)變得日趨復雜，其規(guī)模變得越來越龐大，系統(tǒng)本身也表現(xiàn)出更強的非線性。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，輕則其影響性能，重則導致整個系統(tǒng)癱瘓，出現(xiàn)災害性事故。因此，對非線性系統(tǒng)安全性與可靠性的研究變得尤為迫切。鑒于此，考慮實際系統(tǒng)中存在的非線性、執(zhí)行器易發(fā)生故障以及外部擾動等因素，本文針對一類具有執(zhí)行器定值和時變故障的非線性系統(tǒng)，提出了變增益擴張狀態(tài)觀測器(extended state observer,ES

2、O)、新的基于擴張狀態(tài)觀測器的擴張狀態(tài)濾波器(new extended state filter based on extended state observer,NESF-ESO)、新型ESF(extended state filter,ESF)三種方法；并結(jié)合逆系統(tǒng)理論進行了故障調(diào)節(jié)的研究；最后采用力學、物理學和電子學研究中的經(jīng)典數(shù)學模型Van Der Pol振蕩器進行了相應(yīng)仿真實驗研究，具體內(nèi)容包括：
　　1）基于變增益ES

3、O與逆系統(tǒng)結(jié)合的連續(xù)系統(tǒng)故障調(diào)節(jié)方法研究
　　針對一類非線性系統(tǒng)執(zhí)行器時變故障的容錯問題，研究了一種基于變增益擴張狀態(tài)觀測器的逆系統(tǒng)故障調(diào)節(jié)方法。該方法首先通過設(shè)計一種時變增益，來改進傳統(tǒng)的恒增益擴張狀態(tài)觀測器；其次，在依據(jù)故障估計值對原系統(tǒng)進行補償調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，借助于逆系統(tǒng)的引入，對原非線性系統(tǒng)線性化；進而又為其設(shè)計了魯棒保性能控制；最后，采用典型非線性系統(tǒng)Van Der Pol振蕩器，分別在發(fā)生恒值和時變故障情形下進行了仿真研

4、究，驗證了所提方法的有效性與優(yōu)越性。
　　2）基于NESF-ESO與逆系統(tǒng)結(jié)合的離散系統(tǒng)故障調(diào)節(jié)方法研究
　　針對傳統(tǒng)非線性系統(tǒng)故障診斷方法中存在的線性化誤差、濾波發(fā)散等問題，首先構(gòu)造出一種可用于故障診斷的擴張狀態(tài)濾波器，并在此基礎(chǔ)上推證出了增廣系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的充分條件，并借助于原系統(tǒng)中已知的非線性動態(tài)進行故障的分離；其次，依據(jù)分離出的故障估計值對原系統(tǒng)進行補償調(diào)節(jié)，再輔之以逆系統(tǒng)方法，對原非線性系統(tǒng)進行線性化；進而考慮逆建模

5、誤差的存在，設(shè)計了離散時間下的魯棒保性能控制器；最后，通過仿真實驗對比驗證了該方法的有效性與優(yōu)越性。
　　3）基于新型ESF與逆系統(tǒng)結(jié)合的離散系統(tǒng)故障調(diào)節(jié)方法研究
　　針對傳統(tǒng)濾波算法ESF效果一般的問題，研究了一種新型ESF對含噪離散非線性系統(tǒng)故障濾波及調(diào)節(jié)方法。首先借鑒擴張狀態(tài)濾波器思想，設(shè)計一種新型的ESF，采用遞歸學習方法來提高對含噪系統(tǒng)的狀態(tài)及故障估計的準確性；其次，利用新型ESF濾波后的故障估計值作為故障調(diào)節(jié)項，