非线性系统的故障辨识与容错控制研究

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1、非线性系统的故障辨识与容错控制研究摘要故障诊断与容错控制技术是提高动态系统的安全性、可靠性的一种极为重要的途径，因而深入研究故障诊断与容错控制技术，不但具有重要的理论意义，而且也具有巨大的实际应用价值。目前关于故障诊断与容错控制技术的研究引起了广泛关注，已经成为控制界的热门研究课题之本文系统地研究了非线性系统的故障辨识(故障诊断的一个重要任务)与容错控制，主要包括：1)针对同时存在传感器故障和执行器故障的一般非线性闭环系统，提出了一种新的基于线性化技术的故障辨识方法。厂首先设计非线性系统的状态观测器，然后对其进行线性化处理，接着＼利用参数估计方法得到故障的初

2、始估计，最后对初始估计进行修正而得到故障辨识的结果。该方法克服了现有方法中要求故障为恒值的限制：同时考虑了传感器故障和执行器故障两种情况。)∥2)提出了故障系统状态观测器fFaultSystemsStateObserver,FSSO)的概念，分析了FSSO与传统观测器的区别，给出了FSSO的两种结构形式·／可变故障系统状态观测器(VFsso)和不变故障系统状态观测器(IFsso)：分别利用IFSSO和VFSSO实现了两类不确定系统的故障辨识Jr，3)提出了一种基于最小二乘估计的故障辨识方法。刖用离散系统的特点，首先通过适当方法找到故障信号与己知量之间的关系，

3、然后利用最小二乘方法实时计算出各个时刻的故障信号，从而得到故障的辨识结果，解决了一类不确定非线性离散系统和一类离散描述系统的故障辨识问题。该方法不但能够辨识故障，而且能够给出辨识误差的上界，同时具有辨识时间短、辨识精度高的特点。夕一。4)提出了一种基于线性矩阵不等式(LMI)的故障辨识方法√该方法不是对系统参数进行估计，而是将故障辨识问题转化为对故障的直接估计，即首先将故障的辨识问题转化为一个min-max问题，然后将其转化成LMI问题，最后通过求解LMI问题来实现故障辨识，解决了～类不确定非线性离散系统和一类差分一代数系统的故障辨识问题。)一，7／5)研究

4、了一类不确定非线性系统在执行机构发生部分失效和完全失效故障时的日。可靠控制，(即容错控制中的完整性控制)问题。借先引入新的执行机构故障模型，然后针对只有任意一个执行机构发生故障和在指定执行机构集台中任意多个执行机构发生故障的情形，分别给出了可靠H”控制器存在的充分条件及控制律。该控制器能够使得闭环系统在正常和故障情况^下都能保持渐近稳定且具有一定的干扰衰减能力。≯／J

5、6)对于时滞系统的容错控制问题，研究了两种方法：主动式容错控制和被动式容错控制。f针对L一类含有时变多状态滞后、参数不确定性、未知输入干扰和未知非线性的系统在任意一个执行机构发生故障和给定集合

6、中任意多个执行机构发生故障的情形，提出了两种容错控制器，给出了其判别条件，实现了该类系统的被动式容错控制：对于一类二阶非线性时滞系统，设计了一种新型主动式容错控制器，使得被控系统在正常和故障状态下都保持稳定，实现了该类系统的主动式容错控制。／关键词：故障诊断，故障辨识，容错控制，可靠控制，非线性系统，时滞系统，广义系统，f垂，’。小二乘，线性矩阵不等式)／／IISTUDYONFAULTIDENTIFICATIONANDFAULT-TOLERANTCONTROLFORNONLINEARSYSTEMSABSTRACTFaultdiagnosisandfault-

7、tolerantcontrolisanimportantapproachtoimprovethesafetyandreliabilityfordynamicsystems．Hence，thestudyoilfaultdiagnosisandfault-tolerantcontroltechnologyhasboththeoreticalandpracticalimportanceAtpresent，ithasdrawnwideattention，andhasbeenone．ofthemaintopicsincontroldomain．Theproblemof

8、faultidentification(Animportanttaskoffaultdiagnosis)andfault·tolerantcontrolfornonlinearsystemsstudiedsystematicallylnthisdissertationincludes：1、Afanitidentificationmethodbasedonlinearizationtechniquefornonlinearclosed-loopstablesystemswithsensorfaultsandactuatorfaultsisproposed．It

9、firstlydesignsthestateobse