网络控制系统的故障检测方法研究

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1、分类号UDC学位论文密级网络控制系统的故障检测方法研究作者姓名龙跃指导教师杨光红教授申请学位级别博士学科类别工学学科专业名称导航、制导与控制论文提交日期2012年10月论文答辩日期洲j．／)．j占靴册醐槲颈链席解评阅人斟，计砷东北大学2012年10月ADissertationinNavigation，GuidanceandControlJIlllllllllllllUllllIY2841771ResearchonFaultDetectionforNetworkedControlSystemsByLongYueSupervi

2、sor：ProfessorYangGuanghongNortheasternUniversityOctober2012独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢：正思0学位论文作者签名：影咏日期：勿厶厶叼学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保

3、留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年乜一年口一年半口4两年口学位论文作者签名：疬目是签字日期：力／易／沙矽导师签名：签字日期：栽、凯切晓、／土V们东北大学博士学位论文摘要网络控制系统的故障检测方法研究摘要网络控制系统是以网络为传输媒介从而实现资源共享的闭环反馈控制系统。计算机技术、网络技术、控制技术、信息技术的融合，促进了网络控制系统的发展。作为一门交叉学科，网络控

4、制系统涉及的内容十分广泛，其分析的对象不再是孤立的控制过程，而是包含网络的整个网络控制系统。由于网络数据信息的复杂性及网络控制系统较大的规模，在实际工程实践中，如果系统一旦发生故障，那么它带来的经济和社会损失是难以估计的。因此，网络控制系统对系统安全性、可靠性的要求相对较高，这也使得网络控制系统的故障诊断成为一个具有较大理论和实际意义的研究课题。近年来关于这类问题的研究受到了广泛关注，但是仍有许多问题尚待进一步研究。例如，对于带有随机特征的网络控制系统，仍然缺乏考虑故障频率范围的故障检测方法等。本文在前人工作的基础上，对几

5、类网络控制系统的故障检测问题进行了研究。针对带有随机特征的网络控制系统，给出新的有限频性能指标的定义及基于此的故障检测方法。给出了一种多模型的故障检测方案，并建立了系统丢包率与系统性能之间的关系。对于带有有限频伺服信号的网络控制系统，提出了一种依赖于有限频时变伺服信号的故障检测方法。针对存在时变传输间隔、时变网络诱导时延及数据包丢失现象的多包传输网络控制系统，在存在通信约束的前提下，给出了一种新的建模方式和有效的故障检测方法。此外，在几何方法的框架下，给出了带有数据包丢失和通信限制的网络控制系统的故障检测和隔离方法。文中的

6、一些结果应用到VTOL飞机模型、F404飞机发动机模型的故障检测问题中，仿真实例验证了所提方法的有效性。本文的主要内容如下：第一、二章系统地分析和总结了网络控制系统的故障检测这一前沿研究领域的发展现状及研究方法，并给出了与本文相关的一些预备知识。第三章研究了带有时延和量化及丢包和量化的网络控制系统在有限频范围内的故障检测问题。首先将所考虑的系统建模为带有时延的不确定线性系统及带有不确定性的Markov夥6变系统，随后给出了有限频民性能及有限频随机n性能指标的定义，并得到了使系统具有相应性能的充分条件。由于这是对有限频性能指

7、标的直接处理，避免了加权函数引入的保守性。最后将故障检测问题转化成一个带有线性矩阵不等式约束的多目标优化问题。仿真算例给出了本文提出方法与已有技术的比较，验证了本文提出方法的优越性。——III——东北大学博士学位论文摘要第四章基于平均驻留时间方法，对存在传感器故障及任意数据包丢失的网络控制系统的故障检测问题进行了研究。首先建立了系统的数学模型。随后提出了一种基于多模型的故障检测方法，这种方法对于检测多种传感器故障都是有效的。给出了具有较小保守性的故障检测滤波器设计条件，同时建立了丢包率与系统性能之间的关系。最后，仿真算例验

8、证了所提故障检测方法的有效性。第五章分别在M斌ov跳变系统和随机参数系统两个不同的框架下研究了带有有限频伺服信号及任意数据包丢失的网络控制系统的故障检测问题。首先给出了保证相应的系统具有有限频随机n性能指标的充分条件。随后给出了依赖于时变有限频伺服信号的故障检测方案，并设计了有效的故障检测滤波器，给出了