切换系统的故障检测方法研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:laowu000001
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切换系统是一类特殊而又重要的混杂系统,它有着重要的理论研究价值和广泛的工程应用背景。而对切换系统故障检测问题的研究还处在起步阶段。目前所获得的为数不多的结果往往忽略了因为切换本身特性而引起的对故障检测性能上的要求。因此迄今为止,该课题仍存在许多问题亟待解决。本论文针对切换系统的故障检测问题展开研究。基于切换系统平均驻留时间的切换控制原则,提出若干新的故障检测控制方案。首先根据模型依赖的平均驻留时间切换控制方案,获得了加权l2性能和H_性能并给出故障检测滤波器的设计方法;再针对线性参数时变切换系统,将故障检测的滤波器设计问题转化为鲁棒滤波器设计问题并得到故障检测滤波器的增益;考虑异步切换的现象,提出了异步切换系统的故障检测滤波器设计方法;然后在同时故障检测与控制问题上,同样考虑异步现象设计了故障检测滤波器和控制器。最后,在上述研究的基础上,将结果进一步推广到可靠控制问题的研究上。文中的主要结果均给出了相应的仿真例子进行了验证,并将部分研究成果应用于飞机模型仿真研究中。全文分为八章,每一章的主要内容如下:第一、二章系统地分析和总结了故障检测技术和切换系统的背景和发展现状,并给出了与本文相关的一些预备知识。第三章主要研究了基于模型依赖平均驻留时间切换信号下切换系统的故障检测问题。首次提出了这种切换信号下切换系统的加权l2性能指标和H_性能指标,得到了切换系统的干扰抑制条件和故障敏感条件。所设计的故障检测滤波器满足加权l2性能指标和H_性能指标,实现对采用模型依赖平均驻留时间切换信号时切换系统的故障检测。第四章研究了线性参数时变切换系统的故障检测问题。针对线性参数时变切换系统,引入参数的上下界,并将参数的导数的界应用到计算中,使故障检测的滤波器设计问题转化为鲁棒滤波器设计问题,通过解线性矩阵不等式条件获得故障检测的滤波器增益。在第五章中,设计了故障检测滤波器来检测异步切换控制系统的故障。针对切换系统中原始切换系统与故障检测切换滤波器存在异步的现象,本章提出了异步切换系统的加权l2性能指标和H-性能指标,设计了故障检测滤波器使得增广系统满足加权l2性能指标和H_性能指标,实现对带有平均驻留时间切换信号的异步切换系统的故障检测。第八章进一步将第五章的结果推广到了异步切换系统的同时故障检测与控制问题,司时设计了检测器/控制器来产生两个信号:检测信号和控制信号,分别用来检测故障和控制原开环系统并满足一些控制性能指标。因为输出反馈控制问题是一个很难的非凸问题,为了求解这个问题,采用了两步过程来设计检测器/控制器,同时兼顾了故障目标和控制目标,最后都转化为线性矩阵不等式优化求解。第七章继续研究了带有执行器故障时切换系统的同时故障检测与控制问题。考虑的故障包含了未失效的执行器不能够镇定原有的切换系统,且失效的执行器经过一段时间能够被修复的情况。原始的切换系统是基于平均驻留时间的切换,设计的检测器/控制器首先也根据原始的切换信号进行切换,但当故障被检测出来时,子系统对应的控制器进行切换,来限制未失效的执行器不能够镇定的切换系统的发散速率。因此所设计检测器/控制器的切换信号是基于平均驻留时间和基于事件的混合切换信号。另外,因为检测器检测故障存在时延现象,那么当发生故障时,控制器切换与原有系统存在异步切换现象。所以,第七章设计了检测器/控制器满足基于时间和基于事件的混合切换信号同时适应异步切换现象,并实现故障检测和控制的目的。第八章总结了本文的主要工作,并展望了下一步的研究工作。
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