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基于滑模观测器的非线性系统故障诊断与故障重构问题研究

作　者: 丁旭东
导　师: 侍洪波
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 滑模观测器 非线性系统 故障诊断 故障重构
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本文主要以不确定非线性系统为对象,研究了基于滑模观测器的故障诊断与故障重构的方法及其应用。首先,介绍了故障诊断领域的发展与现状,同时对本文所研究对象的数学模型和滑模观测器的设计方法给出了详细的介绍。其次,研究了一类非线性部分满足Lipschitz条件的非线性不确定系统的滑模观测器的设计问题。提出了一种将Thau观测器与Walcott-Zak观测器结合的非线性鲁棒滑模状态观测器设计方案,利用Lyapunov定理证明了状态观测误差最后一致收敛于一个紧集。最后,将所设计方法推广到基于滑模观测器组的多故障检测中,仿真结果表明了该方法的有效性。再次,研究了一类不确定非线性系统的故障重构问题。在自适应滑模观测器的基础上,结合模糊逻辑规则,针对一类不确定非线性系统,提出了一种基于自适应模糊滑模观测器的故障重构算法。仿真结果表明,该设计方法能够有效的重构出系统发生的故障。最后,研究了基于扩展滑模观测器的一类非线性系统的故障重构问题。与传统的故障重构算法相比,该方法将故障和系统不确定项看做系统的一个增广状态,通过对增广系统设计观测器进行状态估计,从而达到故障估计的目的。该方法不需要求解复杂的非线性方程组或者是LMI不等式组,因而可以大大提高故障检测和估计的实时性。仿真结果表明,该方法比基于神经网络的方法具有更高的精度。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-22
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 故障诊断的基本问题  10-12
    1.2.1 故障的定义  10
    1.2.2 故障的分类  10
    1.2.3 控制系统故障诊断的主要内容  10-11
    1.2.4 故障诊断的性能指标  11-12
  1.3 故障诊断的主要方法  12-14
    1.3.1 定性分析方法  12-13
    1.3.2 定量分析方法  13-14
  1.4 非线性系统故障诊断研究现状  14-20
    1.4.1 基于解析模型的故障诊断方法  14-18
    1.4.2 基于信号处理的方法  18
    1.4.3 基于知识的方法  18-20
  1.5 非线性系统故障诊断中有待进一步研究的问题  20
  1.6 本论文的主要研究工作及内容安排  20-22
第2章 数学模型与滑模观测器设计方法  22-30
  2.1 控制对象数学模型  22-24
    2.1.1 线性模型  22-23
    2.1.2 含未知输入的非线性系统过程模型  23-24
  2.2 不确定非线性系统滑模观测器设计方法  24-29
    2.2.1 问题描述  24
    2.2.2 滑模观测器设计  24-26
    2.2.3 数值仿真  26-29
  2.3 本章小结  29-30
第3章 基于滑模观测器的非线性系统故障检测方法  30-44
  3.1 基于滑模观测器的执行器单故障检测方法  30-34
    3.1.1 问题描述  30-31
    3.1.2 滑模观测器设计  31-32
    3.1.3 数值仿真  32-34
  3.2 基于滑模观测器的执行器多故障检测方法  34-43
    3.2.1 基本思想  34
    3.2.2 基于滑模观测器的执行器鲁棒多故障检测方法  34-36
    3.2.3 验证案例  36-43
  3.3 本章小结  43-44
第4章 基于自适应模糊滑模观测器的非线性系统故障重构  44-52
  4.1 问题描述  44
  4.2 基于自适应模糊滑模观测器的故障重构  44-46
  4.3 数值仿真  46-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章 基于扩展滑模观测器的非线性系统故障重构  52-60
  5.1 扩展状态观测器  52-53
  5.2 基于扩展滑模观测器的非线性系统故障重构  53-55
    5.2.1 问题描述  53-54
    5.2.2 扩展滑模观测器的设计  54
    5.2.3 数值仿真  54-55
  5.3 仿真实例  55-58
  5.4 本章小结  58-60
第6章 总结与展望  60-62
  6.1 论文总结  60
  6.2 研究展望  60-62
参考文献  62-66
致谢  66-67
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化基础理论 > 自动控制理论
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