基于两步模糊建模的随机分布系统故障分析及仿真研究

摘要

包含随机噪声、外部干扰以及系统故障的随机过程广泛存在于工业控制和航空航天等实际模型中，其中含有非高斯变量的随机分布系统因为工作环境复杂以及缺乏完整的模型信息，已经成为控制工程领域的研究热点。特别当系统受到故障以及外部干扰的影响时，如何保证系统稳定尤为重要。论文在此基础上，研究随机分布系统的两步模糊建模方法，进一步讨论系统的故障诊断、容错控制以及控制算法的Simulink实现等问题。论文的主要工作包括如下方面:
　　针对复杂非高斯随机分布过程，基于模糊逻辑系统和T-S模糊模型的动态逼近性能，研究两步模糊建模理论框架，在此基础上讨论系统的故障诊断问题。设计模糊滤波器以及带有投影算法的自适应调节率，很好地估计系统故障，同时保证了故障估值的有界性。基于凸优化理论和Lyapunov分析过程，计算滤波器增益，验证了误差系统在故障发生情况下的稳定性。仿真算例比较了B样条函数和模糊逻辑系统逼近的动态过程，仿真结果显示出系统具备了良好的故障诊断性能。
　　在两步模糊建模的框架下，研究随机分布系统容错控制问题。基于T-S模糊权动态模型，考虑时变故障的影响，设计相应的模糊滤波器和自适应调节率。在此基础上，基于凸优化理论，同时计算滤波器增益和控制增益，构建带有容错性能的反馈控制输入。利用Lyapunov分析过程，验证了误差系统和闭环权动态T-S模糊模型在时变故障的影响下，依然保持稳定。结合Simulink仿真平台，设计对应的控制流程图，仿真结果体现出系统具有良好的故障诊断能力和容错控制性能。
　　在两步模糊建模的框架下，研究随机分布系统受系统故障以及外部干扰的抗干扰故障诊断算法。一方面，通过构造扩张观测器，估计未知外部扰动;另一方面，设计带有投影算法的自适应滤波器，估计系统故障，同时保证故障估值的有界性。进一步，结合凸优化理论，同时计算观测器增益以及滤波器增益，验证了系统在外部干扰和故障双重影响下具有良好的动态性能。考虑常值故障以及谐波干扰，通过Simulink仿真算例验证了算法的有效性。

目录

论文说明

摘要

预备知识

本文涉及的相关知识

0．1 矩阵范数

0．2 矩阵的Schur补定理

第一章 绪论

1．1 故障分析研究背景及其发展过程

1．1．1 故障分析的研究背景及意义

1．1．2 国内外研究现状

1．1．3 故障的处理流程

1．2 模糊控制系统及应用

1．2．1 模糊的概念

1．2．2 模糊控制的定义及其概述

1．2．3 模糊控制系统的研究类型

1．2．4 模糊逻辑系统的分类

1．2．5 T-S模糊系统理论

1．3 随机分布系统概述

1．3．1 随机分布系统研究背景及其现状

1．3．2 发展趋势

1．3．3 存在的问题

1．4 本论文的主要安排

第二章 基于两步模糊建模的随机分布系统故障诊断

2．1 介绍

2．2 概率密度函数逼近

2．3 T-S模糊权动态模型的确立

2．4 基于自适应投影算法的滤波器设计

2．5 故障诊断及相关定理证明

2．6 仿真算例

2．7 本章总结

第三章 基于两步模糊建模的随机分布系统容错控制

3．1 引言

3．2 随机分布系统两步模糊建模

3．3 基于投影算法的容错模糊控制器设计

3．4 容错控制及相关定理证明

3．5 仿真算例

3．6 本章总结

第四章 两步模糊建模的随机分布系统抗干扰故障诊断

4．1 引言

4．2 基于模糊逻辑系统的概率分布逼近

4．3 T-S模糊权动态模型的确立

4．4 模糊滤波器和扩张干扰观测器的设计

4．5 相关定理证明

4．6 仿真实验

4．7 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 进一步的研究工作

参考文献

致谢

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