基于网络控制系统的故障检测和容错控制

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1、南京航空航天大学硕士论文摘要本文针对带有网络诱导时延的网络化控制系统，研究了其故障诊断和容错控制问题，提出了相应算法并用Matlab实现了仿真验证。文中首先介绍了网络控制系统的研究意义和现状，同时针对网络化控制系统的故障检测与容错控制的研究现状进行了分析并得出了相关结论。在对于较为通用的网络控制系统模型进行分析的基础上，应用数学方法对模型进行合理的预处理，设计未知输入观测器，利用观测器输出得到残差，分析残差并设计了基于未知输入观测器的执行机构故障检测方案。并用一个数值例子验证了算法的有效性。进一步，提出了一种基于输出反馈的

2、模型参考自适应容错控制方案。应用史密斯估计器，有效的降低因网络时延而带来的影响，同时简化了系统结构。在此基础上设计模型参考自适应机构，可使系统在环境改变或系统发生故障的情况下，依旧保持稳定并维持一定的性能。最后，通过一个倒立摆的例子，表明该方案不仅简单而且有效。最后，对当前比较流行的几种虚拟仪器软件的适用范围进行了研究分析，选取了使用Matlab和LabWindows联合编程的方法来构建虚拟网络控制系统仿真平台。分析了常用的几种联合编程方式，并对各种方式的优劣和适用范围进行分析对比，得到了相关的结论，确定了合适的设计方案。

3、关键词：网络控制系统，时延，未知输入观测器，故障检测，容错控制，模型参考自适应控制i基于网络控制系统的故障检测和容错控制ABSTRACTThefaultdetectionandfaulttolerantcontrolmethodsfornetworkedcontrolsystems(NCSs)withtime-delayarestudiedinthisdissertation.TheproposedmethodsaresimulatedbyMatlabsoftware.Atfirst,thecurrentprogressa

4、ndmeaningonthestudyofnetworkedcontrolsystems(NCSs)aresurveyedinthispaper.Also,theprogressoffaultdetection(FD)andfaulttolerantcontrol(FTC)forNCSsisintroducedandsomeconclusionsaregiven.BasedontheanalysisofgeneralmodelforNCSs,withsomemathematictransformation,thetimed

5、elaysofNCSscanberegardedasanunknowninput.Usingtheunknowninputobserver(UIO)designmethod,thesufficientconditionforstabilityoftheerrordynamicsystemisgivenintermsoflinearmatrixequations.Underthedesignedunknowninputobserver,anoutputresidualisconstructedtodetectthesyste

6、mfault.Thenanumeralexampleisillustratedtovalidatetheeffectivenessoftheproposedmethod.Furthermore,anewapproachoftheoutputfeedbackmodelreferenceadaptivecontrolforNCSswithtime-delaysisdeveloped.ASmithpredictorisusedtoreducetheeffectoftime-delaywithpredigestingthemode

7、lofsystem.Then,anoutputfeedbackmodelreferenceadaptivecontrol(MRAC)schemeisdesigned.ThecontrollerofMRACcannotonlyguaranteethestabilityoftheclosed-loopsystembutalsopreserveagivenlevelofperformancewhencircumstancechangesorafaultoccurs.Finally,simulationresultsareincl

8、udedtoshowtheefficiencyoftheproposedscheme.Finally,undertheanalysisofsomegeneralvirtualinstrumentsoftware,aschemeforvirtualNCSssimulationplatformisconst