具有时延、丢包和多包传输的网络控制系统故障检测

摘要

目前，网络控制系统已凭借其优势在农业、工业等方面有着广泛应用，极大的改善了人民的生活水平。但是，网络的引入同时也引发了新的问题，这些问题会对系统产生影响，导致系统性能降低甚至不稳定。又由于控制系统的规模在增大，复杂度在提高，就使得人们对系统的安全性与可靠性有了更高的要求，因为一旦这类系统出现故障，如若不能被及时检查到并排除，很可能会造成重大的人员伤亡与财产损失。因此，对网络控制系统故障检测的研究有重大意义。本文分别针对时延、丢包、多包传输的网络控制系统，研究其故障检测问题，并通过数值仿真验证所提方法的有效性。 首先，针对带有时变时延的网络控制系统，研究其故障检测问题。通过设计基于观测器的故障检测滤波器，将故障检测问题转变为H∞滤波器求解问题，基于Lyapunov稳定性理论得出H∞滤波器存在的充分条件。构造闭环控制系统，利用线性矩阵不等式分析系统的稳定性。构造残差评价函数阈值，通过故障检测逻辑判断故障的发生。通过仿真验证方法的有效性。 其次，研究了具有随机丢包与外部干扰的网络控制系统故障检测问题。用两种不同的伯努利分布序列分别描述双通道上的随机丢包情况，设计基于观测器的故障检测滤波器。根据Schur补引理和Lyapunov稳定性理论给出了系统均方稳定的充分条件，且使系统满足一定的扰动抑制水平。针对存在故障信号的系统，残差评价函数值会在较短的时间内超出阈值，通过此方法来检测故障发生。利用仿真验证该方法的有效性。 最后，针对带有多包传输的网络控制系统，研究其故障检测问题。构造故障检测滤波器，考虑传感器到故障检测滤波器之间采用多包传输的方式传送数据。建立闭环控制系统模型，利用Schur补引理和Lyapunov稳定性理论给出故障检测系统渐近稳定的充分条件。通过线性矩阵不等式对故障检测系统的稳定性进行分析。通过仿真验证方法的有效性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题的背景与意义

1.2 NCSs的基本问题

1.3 相关研究现状与发展趋势

1.3.1 NCSs时延的研究现状

1.3.2 NCSs丢包的研究现状

1.3.3 NCSs多包传输的研究现状

1.3.4 NCSs故障检测的研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 预备知识

2.1 线性矩阵不等式简介

2.2 NCSs的H∞性能指标

2.3 Lyapunov稳定性理论

2.4 常用的一些引理

2.5 本文所使用的一些符号

第3章 具有时变时延的NCSs故障检测

3.1 引言

3.2 问题描述

3.3 时变时延NCSs的H∞性能分析

3.4 故障检测滤波器的设计

3.5 数值算例

3.6 本章小结

第4章 具有随机丢包的NCSs故障检测

4.1 引言

4.2 问题描述

4.3 基于观测器的故障检测滤波器设计

4.4 系统稳定性分析

4.5 数值算例

4.6 本章小结

第5章 具有多包传输的NCSs故障检测

5.1 引言

5.2 问题描述

5.3 故障检测滤波器设计

5.4 数值算例

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢