基于观测器的倒立摆系统最优故障检测设计毕业设计论文

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1、南通大学毕业设计(论文)题目：基于观测器的倒立摆系统最优故障检测设计　　　　　　　　摘要倒立摆系统具有很强代表性，其系统结构与双足机器人检测系统，火箭飞行检测系统和各类伺服系统类似.以倒立摆为对象，开展最优故障检测设计研究具有重要意义.所谓最优故障检测，即寻找一个最佳方法来权衡故障灵敏度和模型不确定鲁棒性。首先，对最优故障检测方法进行了深入的研究,确定了进行设计的前提条件。然后，针对倒立摆系统建立其机理模型。进一步的，在得出开环系统模型之后，由于系统不稳定性，所以采用极点配置方法来进行闭环反馈控制。最后，搭建闭环仿真模型，确定模型的正确性和准确性，实现基于观测器的倒立摆系统

2、的最优故障检测的目的。关键词：倒立摆，最优故障检测，故障灵敏度，极点配置ABSTRACTInvertedpendulumsystemandbipedrobot,rocket,detectionsystemsandvarioustypesofservosystemsareverysimilar,therefore,observerbasedoptimalfaultdetectiondesignofrinvertedpendulumsystemisofgreatsignificance.Thecoreoftheoptimalfaultdetectionistomakeatrad

3、eoffbetweenfaultsensitivityandrobustnessofmodeluncertainty.First,theoptimalfaultdetectionmethodisconductedin-depthandthedesignprerequisiteisdetermined.Then,accordingtothemechanismofinvertedpendulumsystem,theopenloopmodelisestablished.Furthermore,duetotheinstabilityofthesystem,poleplacement

4、methodisemployedtomakethesystemstable.Finally,simulationisusedtodeterminethecorrectnessandaccuracyofthemodel,andtheeffectivenessoftheobserver-basedoptimalfaultdetectionmethodisverified.Keywords:invertedpendulum,optimalfaultdetection,faultsensitivity,poleplacement目录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1课题背

5、景及意义11.1.1课题背景11.1.2意义及主要应用11.2倒立摆系统研究现状21.3故障检测方法研究的现状31.4本论文主要研究内容及章节安排4第二章最优故障检测方法62.1故障灵敏度62.2系统描述72.2.1过程模型72.2.2残差产生器72.3预备知识92.4问题描述92.5两个定理102.6基于状态空间的故障检测滤波器13第三章倒立摆故障检测系统建模163.1倒立摆系统163.1.1倒立摆系统组成163.1.2四个多变量173.2非线性系统模型173.3模拟系统183.4LCF的一般模型193.4.1模型不定量203.4.2模拟故障203.5闭环模型213.5.

6、1观测器213.5.2干扰补偿的状态反馈控制器213.6极点配置22第四章仿真244.1简介244.1.1简介244.1.2简介244.2倒立摆故障检测系统仿真254.2.1倒立摆故障检测系统相关数据254.2.2搭建模型264.3仿真结果26第五章总结和展望315.1总结315.2展望31致谢33参考文献1第一章绪论1.1课题背景及意义1.1.1课题背景站立在二十一世纪的今天，经济贸易全球化、信息流动全球化、文化交流全球化和生产制造全球化，无一不是依托现在高度发达的科学技术，科学技术使地球变得越来越小，现在的地球就像是一个村落，今天发生的事情，可能在明天就会传遍全球。伴随

7、现代化的生产发展和科学技术日新月异，设备的结构日趋复杂化，设备的功能日趋完善化，自动化程度愈来愈高。尽管人类生活水平越来越高，生活方式越来越便捷，使用的各种设备越来越精细，但是由于各类无法避免的不确定因素的影响，有时设备会出现各种各样的故障，各种各样的故障可能导致设备降低或失去预定的功能，更有甚者会导致毁灭性的灾难事故，国内和国外曾经发生的各种各样的空海难、爆裂塌毁、固液气体泄露等灾难性事故，直接造成了大量人员伤亡和各类财产损失。事故造成的后果触目惊心，从经济物质到自然环境产生了不可估计的社会影响。鉴于设备出故障可