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基于滑模观测器的故障诊断算法及仿真研究

作　者: 王锡波
导　师: 张昌凡
学　校: 湖南工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 非线性系统故障检测故障诊断滑模变结构观测器容错控制
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文针对当前动态系统的故障检测与诊断技术领域内存在的一些问题及其发展趋势,结合滑模变结构控制相关算法,研究了工业中常见的一类非线性系统的故障检测和故障诊断方法。主要工作如下:首先,在工业对象建模的基础上,提出了一种基于滑模变结构算法基础上的滑模观测器设计方法。该观测器运用滑模变结构算法的等值原理来实现对系统状态的跟踪。该方法与同类方法相比具有跟踪误差小,且仅须测量一个状态变量等特点。其次,本文在滑模变结构观测器的基础上,分别提出了针对系统元件故障和传感器故障的故障诊断算法。以模拟转台伺服系统为例,对系统元件中常见的突变,缓变,间隙故障进行故障诊断。以三相交流电机为例,对传感器故障进行故障诊断。通过仿真结果验证本文所提方法的有效性和实用性。然后,本文在故障重构的基础上对故障容错控制进行了研究。采用实时修改控制器控制律的方法来实现系统对故障发生时的容错控制。在文中对三种常用的滑模变结构控制器的控制律进行了容错设计,通过对仿真结果的分析,具有容错功能的控制器在故障发生时能具有更好的控制性能。最后,本文以汽车电子气门系统为例,在考虑存在未知输入扰动的情况下,对汽车电子气门系统的控制器,观测器,故障诊断系统进行设计。通过大量的仿真说明了本文所提的基于滑模观测器的故障诊断算法,对未知输入扰动具有很强的鲁棒性,能正常重构系统元件故障而不产生误报警等特点。对故障诊断算法的实际应用具有非常积极的意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 故障诊断技术研究综述  10-17
    1.2.1 故障及其分类  10-11
    1.2.2 故障诊断系统的性能指标  11-12
    1.2.3 故障诊断方法分类  12-16
    1.2.4 故障诊断研究热点问题  16-17
  1.3 本文主要工作及内容安排  17-18
第二章基于滑模变结构的观测器设计  18-30
  2.1 滑模变结构控制方法  18-19
  2.2 滑模观测器研究现状  19
  2.3 滑模状态观测器的设计  19-21
    2.3.1 问题描述  19-20
    2.3.2 观测器算法设计  20-21
  2.4 基于matlab 的仿真与分析  21-24
    2.4.1 仿真环境 MATLAB/SIMULINK 简介  21
    2.4.2 S 函数简介  21-24
  2.5 应用举例  24-29
  2.6 本章小结  29-30
第三章基于滑模观测器的故障诊断算法设计  30-39
  3.1 基于滑模观测器的故障诊断研究现状  30-31
  3.2 基于滑模观测器的故障诊断算法  31-34
  3.3 应用举例  34-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章故障容错控制  39-55
  4.1 故障容错控制研究意义  39-40
  4.2 基于指数趋近律滑模控制器的容错控制算法  40-44
  4.3 基于反演滑模控制器的容错控制算法  44-49
  4.4 基于积分切换函数的自适应滑模控制算法  49-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章传感器故障诊断算法设计  55-62
  5.1 传感器故障诊断研究意义  55
  5.2 传感器故障诊断算法  55-57
  5.3 应用举例  57-61
  5.4 本章小结  61-62
第六章存在未知输入扰动的汽车电子气门故障诊断系统  62-77
  6.1 汽车电子气门简介  62-63
  6.2 汽车电子气门控制器设计  63-64
  6.3 汽车电子气门观测器设计  64-65
  6.4 汽车电子气门故障诊断系统设计  65-66
  6.5 仿真结果及分析  66-76
  6.6 本章小节  76-77
第七章结论  77-79
参考文献  79-82
附录  82-83
致谢  83

基于滑模观测器的故障诊断算法及仿真研究

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