網絡化控制系統及其故障診斷研究.pdf

1、隨著網絡化控制系統日益廣泛的應用,網絡化控制系統及其故障診斷成為一個熱點研究課題。本文在詳細討論了網絡化控制系統中存在的種種問題基礎上,針對其時變時延和信息調度等特點建立了相應的多時滯模型、周期模型和擬T-S模糊模型,并利用Lyapunov穩(wěn)定性理論、H∞魯棒理論和各種基于模型的觀測器設計方法對網絡化控制系統及其故障診斷問題進行了研究。具體工作包括以下幾點:
　　首先,概括總結了網絡化控制系統中存在的問題:帶寬有限、網絡誘導時延、

2、數據包丟失、系統結構和協議,以及解決這些問題的一些典型方法。同時介紹了故障診斷和容錯控制的主要方法,回顧和總結了網絡化控制系統的故障診斷和容錯控制的研究現狀。
　　針對網絡誘導時延的不確定特性,提出了一種遞階多模型切換控制的策略,以減小網絡誘導時延不確定性帶來的不利影響?？紤]到網絡帶寬有限,為了減少全局控制信息的傳送,將控制系統分為主控制器級和局部控制器級兩層遞階結構。在系統運行過程中,根據網絡誘導時延和當前子系統最大允許時延的關

3、系選擇最佳的局部控制器。應用公共Lyapunov函數法,分析得到了系統穩(wěn)定的條件。
　　在研究采用靜態(tài)信息調度的網絡化控制系統的故障診斷問題中,以狀態(tài)方程的形式描述了網絡化控制系統中存在的靜態(tài)調度,從而將整個系統轉化為一個周期系統。應用周期系統的提升原理,我們將其轉化為時不變定常系統,并在此基礎上提出了一種基于H∞和H指標的魯棒故障觀測器的設計方法。對于高階或周期長等不適合運用提升原理的情形,我們提出了未知輸入觀測器設計方法,并利

4、用Lyapunov穩(wěn)定性定理,得出了觀測器系統的穩(wěn)定性條件。
　　對于具隨機特性的網絡誘導時延的線性網絡化控制系統,用擬T-S模糊模型對系統進行建模。在此模型基礎上研究了網絡化控制系統的漸近穩(wěn)定、H∞魯棒穩(wěn)定性問題和狀態(tài)估計、完整性設計問題。對網絡化控制系統的狀態(tài)估計,運用了模糊卡爾曼濾波器和魯棒H∞濾波器設計方法。給出了此種模糊卡爾曼濾波器穩(wěn)定條件并推導表明此種濾波器可實現無偏的狀態(tài)估計,給出了基于線性矩陣不等式的魯棒H∞濾波器

5、參數設計方法和穩(wěn)定條件。對于系統的完整性分析,不僅討論了執(zhí)行器和傳感器故障的完整性分析,而且考慮了執(zhí)行器和傳感器雙故障時系統的完整性分析。
　　針對具有隨機網絡時延的非線性網絡化控制系統,采用兩層結構的擬T-S模糊模型描述控制系統的不確定網絡誘導時延和非線性特性。在此模型的基礎上研究了基于模糊觀測器的故障診斷和基于觀測器的模糊控制問題。運用并行補償方法設計了模糊系統的觀測器,并給出了干擾分離和觀測器漸近穩(wěn)定的充分條件。干擾分離運用