具有时延及丢包的网控系统鲁棒故障检测方法研究

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1、：１分类号：ＴＰ２７７单位代码０２２０密级：ＮｏｒｔｈｅａｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ硕ｉ研究生学位论文论文题目：具有时延及丢包的网控系统鲁棒故障检测方法研究硕ｄｒ生：局源指导教师：李艳辉教授学科专业；控制科学与工程巧制理论与控制工程：研究方向２０１６年５月２１曰縣誦■ＩＩＭ学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研充成果。据我所知，除文中己经注明引用的内容外，本

2、论文不包含其他个人己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明并表示谢意。’作者签名：魏日期：Ｗ叫学位论文使用授权声明本人完全了解东北石油大学有关保留、使用学位论文的规定。学校有权保留学位论文并向国家主管部口或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阁和借阅，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，可Ｗ公布论文的全部或部分内容。东北石池大学有权将本人的学位论文加入《中国优秀硕±学位论文全文数据库》、《中

3、国博±学位论文全文数据库》和编入《中国知识资源总库》。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者签名：ｉ仓文指导教师签名：＞：＾１艳巧指导小组成员签名；帝捧為朵金呼ThesisfortheMasterdegreeinEngineeringRobustFaultDetectionforNetworkedControlSystemswithTimeDelaysandPacketDropoutsCandidate:GaoYuanTutor:LiYanhuiSpecialty:Cont

4、rolScienceandEngineeringDateoforalexamination:21thMay.2016University:NortheastPetroleumUniversity东北石油大学硕士研究生学位论文具有时延及丢包的网控系统鲁棒故障检测方法研究摘要近年来由于通信技术的快速发展，和传统的控制系统结合而产生的网络控制系统（NetworkedControlSystems，NCSs）应用越来越广泛，为确保NCSs安全、可靠运行，对系统故障检测（FaultDetection，FD）方面问题

5、的研究至关重要，其中系统的鲁棒性是FD的焦点问题，亦是评价其工程价值的标准之一。网络本身的信息传输时延问题与数据包丢失问题不仅有可能导致系统性能恶化，甚至会导致失稳，因此，时延与丢包问题是在对NCSs故障检测研究中必须考虑的。此外，还需注意由于外部扰动、建模误差引起的系统不确定性对系统的影响。本文从一般被控对象到复杂被控对象，从线性NCSs到非线性NCSs，逐步进行分析研究它们的鲁棒FD问题，并通过数值仿真验证了文中所提方法的有效性。首先，分别针对带有时变时延和随机时延的NCSs，研究它们的鲁棒FD问题

6、，分别通过设计基于滤波器形式和基于观测器形式的故障检测滤波器来产生残差信号，从而将故障检测问题转变为鲁棒H∞滤波器求解问题，所设计的鲁棒故障检测滤波器使得故障检测系统（均方）渐近稳定且具有H∞特定性能，最后采用阈值逻辑法对残差信号进行评价，并且给出数值仿真进行验证。其次，分别针对具有两种随机丢包形式的NCSs，研究它们的鲁棒FD问题，其中随机丢包分别通过Bernoulli二项分布序列和Markov链描述，然后结合鲁棒故障检测滤波器构造增广系统，利用线性矩阵不等式方法，分别推导了系统以一定H∞性能指标保持

7、均方渐近稳定与随机稳定的条件，通过求解关于H∞扰动衰减水平的凸优化问题，得到了可行的鲁棒故障检测滤波器的参数矩阵，仿真表明所设计的FD方法快速有效。接着分别针对满足Lipschitz非线性条件与扇形边界非线性条件的NCSs，研究同时具有随机丢包与时延的FD问题。通过构造鲁棒故障检测滤波器获得残差信号，从而将鲁棒FD问题转换成鲁棒H∞滤波器设计问题。所设计的鲁棒故障检测滤波器确保了系统均方渐近稳定且满足一定的H∞干扰衰减水平，并通过数值仿真验证了所提方法的有效性。最后，研究了在网络环境下的LPV（Li

8、nearParameterVarying）系统的鲁棒故障检测问题，采用直接估计故障信号的方法设计滤波器，利用线性矩阵不等式的方法，得出了系统以一定H∞性能指标保持渐近稳定的条件，通过引入附加矩阵，解除了系统参数矩阵和参数依赖Lyapunov矩阵之间的耦合，从而得到了更易于求解的新定理。采用基函数法和网格技术将滤波器的求解由无限维参数线性矩阵不等式变为有限维，最后采用阈值逻辑法对残差信号进行评价，并通过仿真表明所提方法能够迅速且准确地检测到故