容错控制系统故障诊断及重构技术研究

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1、容错控制系统故障诊断及重构技术研究摘要随着现代控制理论和计算机技术的发展，采用容错技术已经成为提高控制系统可靠性的有效手段。容错控制理论的研究在国际控制界备受关注，已成为研究热点之一。本文围绕着容错控制系统故障检测与诊断以及重构技术等几个问题展开研究，主要包括以下几个方面内容:工以飞机自动驾驶仪俯仰通道控制系统为例，建立了容错控制系统模型，进行了不同故障情况下控制系统性能的仿真，进而验证了容错控制系统的高可靠性。同时通过仿真说明硬件冗余在提高系统可靠性的同时也增加了系统的复杂度，这种矛盾只有通过解析余度技术的引入才能得到解决。2.讨论了基于模型的故障检测方法，设计了一种比例积分观测

2、器，它不同于通常的观测器，提供了额外的积分回路，增加了设计的自由度。这种自由度使得基于观测器的故障诊断方法对未知干扰因素不敏感。这种观测器适用于具有干扰的控制系统故障检测，通过仿真实例证明了该方法的可行性。3.在基于模型的故障检测过程中，需要所选择的残差发生器对模型误差和未知干扰因素不敏感，而对故障敏感。解决这个问题最好的方法就是干扰解藕和自适应阂值相结合的方法。本文重点讨论了不同的残差发生方式、基于观测器的故障诊断中残差的各种影响因素，给出了自适应阂值的选取方法。4.论述和比较了重构技术的主要方法，针对目前主动重构控制技术中存在的主要问题。提出了一种利用加权矩阵改进的伪逆控制方法

3、，通过适当选择权值矩阵，不但可以保证系统的稳定性，而且可以改善重构后的系统性能。关键词:容错控制系统，故障检测与隔离，自适应Ill值，控制律重构StudiesonFailureDiagnoseandReconfigurableTechniqueofFault-tolerantControlSystemABSTRACTWiththedevelopment‘ofmodernautomaticcontroltheoryandcomputertechnology,faulttoleranttechnologyhasbecomeaneffectivemeasuretoimprovethere

4、liabilityofthecontrolsystems.Faulttolerantcontroltheoryhaspromptedwidespreadinterestintheareaofcontroltheory,agreatdealofsearcheforthasbeenandbeingspentonthedesignoffaulttolerantcontrolsystems.Thisdissertationfocusesonthefieldsoffailuredetection,diagnosisandreconfigurationtechnique.Themainrese

5、archworkofthedissertationincludes:1.Takingthefault-tolerantpitchcontrolsystemasanexample,thisdissertationestablishesthesystemmodel,carriesoutthesystemsimulationundervariousfailures,thenverifiesthehighreliabilityforfaulttolerantcontrolsystem.Atthesametime,thesimulationresultsindicatethathardwar

6、eredundancyimprovesthesystemreliabilityaswellasincreasesthesystemcomplexity.Theefectivewayistoimporttheanalyticalredundancyinsystemdesign.2.Basedonthemodel-basedfailuredetection,thisdissertationproposesakindofobservercalledProportionalIntegralObserver(PIO),whichisdiferentfromthecommonobserver.

7、InPIO,increasedfreedomisprovidedtoberobusttotheunknowndisturbswithadditionalintegralloop.ThesimulationresultsdenotethatPIOissuitabletothecontrolsystemfailuredetectionwithdisturbanceefectively.3.Inthemodel-basedfailuredetection,thebotle-