基于Delta算子网络控制系统的故障检测和容错控制

摘要

网络控制系统(Networked Control Systems，简称NCS)是以网络为传输介质实现信息共享与传输的反馈控制系统。Delta算子方法作为离散控制系统和连续控制系统的统一描述形式，可以很好地应用在网络控制系统故障检测和容错控制中。与传统离散化的移位算子方法比较而言，Delta算子可以更好地解决传统移位算子在高频率采样情况下引起的一些数值不稳定和残差变大等问题。本文主要研究了基于Delta算子网络控制系统的故障检测和容错控制问题，使Delta算子在故障检测和容错控制的研究中更具有理论意义和学术价值。
　　本文主要开展了以下研究工作:
　　1)研究了基于Delta算子的网络控制系统的故障诊断问题，给出了基于Delta算子网络控制系统故障检测滤波器的设计方法。一方面，将存在随机时延和范数有界的网络控制系统故障检测滤波器的设计问题归结为求解H∞滤波器问题;另一方面通过建立李雅普诺夫函数(Lyapunov function)，并且利用线性矩阵不等式(Linear MatrixInequalities，简称LMI)进行转化，求出H∞滤波器的最优解。该解不仅能保证范数有界输入和随机时延网络控制系统的鲁棒性能，还可以保障残差对故障信号的灵敏度。最后通过数据仿真表明了此方法的有效性。
　　2)研究了基于Delta算子不确定时延的容错控制问题，给出Delta算子描述的具有不确定时延的网络控制系统模型。在传感器或者执行器发生部分失效的情况下，根据容错控制器的设计理论并运用李雅普诺夫函数与线性矩阵不等式相结合的方法，设计出系统的容错控制器控制器。实验表明该容错控制器能保证系统的稳定运行。
　　3)研究了基于Delta算子数据包丢失的网络控制系统容错控制问题，建立了Delta算子描述的具有数据包丢失的网络控制系统。在存在数据包丢失的网络控制系统传感器和执行器部分失效的情况下，运用李雅普诺夫函数和线性矩阵不等式的方法，设计出闭环反馈容错控制器，使闭环系统能够保持稳定。并通过仿真实验表明了该方法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景及意义

1．2 网络控制系统概述

1．2．1 网络控制系统的基本结构

1．2．2 网络控制系统的基本问题

1．3 网络控制系统故障检测概述

1．3．1 故障检测技术

1．3．2 网络控制系统故障检测研究进展

1．4 网络控制系统容错控制概述

1．4．1 容错控制技术

1．4．2 网络控制系统容错控制研究进展

1．5 Delta算子在网络控制系统故障检测和容错控制中的应用

1．6 论文主要研究内容

第2章 预备知识

2．1 Delta算子知识

2．1．1 Delta算子定义

2．1．2 Delta变换的定义

2．1．3 Delta算子特点

2．2 网络控制系统故障检测和容错控制知识

2．2．1 网络控制系统故障检测

2．2．2 网络控制系统容错控制

2．3 线性矩阵不等式理论基础

2．3．1 线性矩阵不等式的典型结构

2．3．2 可转化为线性矩阵不等式的问题

2．4 本章小结

第3章 基于Delta算子随机时延网络控制系统的故障检测研究

3．1 引言

3．2 基于Delta算子网络控制系统建模及问题描述

3．2．1 随机时延网络控制系统建模

3．2．2 基于状态观测器的故障检测问题

3．2．3 基于网络控制系统的故障检测问题

3．3 网络控制系统故障检测的LMI方法

3．4 仿真分析

3．5 本章小结

第4章 基于Delta算子不确定时延网络控制系统的容错控制研究

4．1 引言

4．2 基于Delta算子不确定时延网络控制系统的建模及问题描述

4．2．1 不确定时延网络控制系统建模

4．2．2 传感器故障下的容错控制问题

4．2．3 执行器故障下的容错控制问题

4．3 仿真分析

4．4 本章小结

第5章 基于Delta算子数据包丢失的网络控制系统的容错控制研究

5．1 引言

5．2 基于Delta算子单包传输的网络控制系统的容错控制

5．2．1 网络化控制系统建模

5．2．2 网络控制系统的完整性设计

5．3 仿真分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢