基于T-S模型的故障诊断研究及在双容水箱上的应用

摘要

基于定量模型的故障诊断方法在线性系统已经取得了非常丰硕的成果，其前提是可以用合理的数学模型描述诊断对象，而实际的控制系统表现多为非线性，其结构相对复杂使得很多时候无法得到准确的数学模型，因此基于定量模型的故障诊断方法在非线性系统领域受到了一定的局限。针对这一问题，学者们提出了非线性系统的T-S模型表示方法。本文以双容水箱液位控制系统为对象，已有文献对其故障诊断的研究多是对水箱故障的定性研究，侧重于判断故障发生的类型和部位，而对故障的定量估计不能够给出充足的仿真验证。基于以上讨论，本文研究了THPFSY-2型双容水箱系统的T-S模糊建模及基于所建T-S模型的多类型故障诊断问题，并讨论了如何实现对故障的定量估计。论文的主要工作与研究成果如下：
　　基于T-S模型对THPFSY-2型双容水箱系统进行故障分析的前提要能够得到其准确的T-S模型，因此论文首先研究了非线性系统进行T-S模糊建模的方法步骤，根据提出的建模步骤分别建立了2条模糊规则、4条模糊规则及7条模糊规则下水箱的T-S模糊模型。通过将不同规则数下得到的模型与水箱机理模型对比，印证了T-S模型只要选取足够多的模型规则数，即可以任一给定精度逼近任意非线性系统。
　　研究了基于Kalman滤波器的故障诊断方法推广到T-S模型上的一般形式。经过推导分析给出了运用该方法时传感器故障检测及故障可分离的充分条件。同时，该方法可以实现对单个传感器故障的粗略估计。最后以4条规则下的THPFSY-2型双容水箱系统T-S模型进行仿真，验证了分析推导的正确性。
　　研究了鲁棒滤波器故障诊断方法推广到T-S模型上的一般形式。该类方法兼顾了故障诊断的鲁棒性及灵敏性，通过引入参考模型并建立广义残差误差的状态方程，将故障诊断的鲁棒残差生成器设计问题转化成了H?控制问题，结合有界实引理给出了求取参数最优解的线性矩阵不等式条件。该类方法可同时实现对执行器故障及传感器故障的诊断并求其H?估计。最后简单讨论了利用故障的估计值对水箱系统失效前时间（TTF）进行实时预测的方法。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2故障诊断技术概述

1.3故障的模型表示

1.4故障诊断研究现状

1.5双容水箱故障诊断研究现状

1.6论文主要内容以及结构安排

第2章 双容水箱T-S模糊建模

2.1模糊模型的理论基础

2.2 T-S模糊模型的描述

2.3 T-S模型构建方法

2.4双容水箱机理模型描述

2.5双容水箱的T-S建模

2.6双容水箱常见故障及其在T-S模型中的表示

2.7本章小结

第3章 高斯白噪声下双容水箱的传感器故障诊断

3.1 Kalman滤波器在故障诊断领域的应用

3.2经典离散型Kalman滤波器

3.3 T-S模型的Kalman滤波器

3.4基于T-S模型Kalman滤波器的故障诊断

3.5基于T-S模型Kalman滤波器的双容水箱故障诊断

3.6本章小结

第4章 基于鲁棒滤波器的双容水箱故障诊断

4.1基于观测器的故障诊断方法

4.2基于参考模型的鲁棒故障诊断滤波器

4.3基于T-S模型的鲁棒故障诊断滤波器

4.4基于T-S模型鲁棒滤波器的双容水箱故障诊断及估计

4.5双容水箱TTF预测分析

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢