基于张量空间的切换控制系统性能评估研究

摘要

工业控制系统的性能评估是保证过程平稳和安全运行的关键。控制系统性能评估可以早期检测并诊断工艺设备及过程、控制设备的异常状态及故障，实现控制系统的有效维护、优化控制参数，并通过适时适当的措施，以避免过程运行的不平稳和不安全。自上世纪80年代末起，控制系统性能评估的研究得到了极大的发展。但是，对于由控制系统和保护系统组成的混合自动控制系统的性能评估目前仍然是一个开放问题。本文基于张量空间理论，研究切换控制系统的性能评估问题，对于控制系统与保护系统的综合设计、优化具有重要理论意义，有助于提高安全重要系统的安全性和可靠性。主要内容包括以下几个方面：
　　(1)针对切换控制系统，提出了基于张量空间的性能基准估计方法。在张量空间中，通过添加逻辑切换空间，综合地表示控制系统和保护系统的相互作用关系，以描述控制系统和保护系统的强耦合作用。基于高阶奇异值分解，构建了基于数据驱动的评价切换控制系统性能的张量空间算法。仿真例子表明了张量方法比多模方法更合理和有效。
　　(2)针对多变量切换线性系统，提出了切换系统的张量积表示定理。研究了切换系统张量积表示的稳定性特性。构建了在张量映射下的最小方差控制性能基准。给出了描述切换系统动态行为和切换控制系统性能分析的框架。
　　(3)针对切换系统控制器性能评估，提出了基于协方差的张量方法。构建了基于协方差张量的性能评估算法，并基于采样数据张量的奇异值推导了计算方法。仿真例子和工业应用验证了提出方法的有效性。
　　(4)基于张量空间方法，研究了控制系统和保护系统的逻辑切换序列对过程安全性能的影响。实现了基于张量空间方法的相应计算程序，用于估计性能指标。仿真结果表明了张量空间方法用于保护系统性能评估的可行有效。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 控制系统性能评估的研究现状

1.3 切换控制系统的应用研究

1.4 切换控制系统性能评估的几个关键问题

1.5 切换控制系统性能评估的流程

1.6 论文的主要内容和结构

1.7 小结

第二章 基础知识

2.1 张量空间运算

2.2 张量分解

2.3 张量积表示

2.4 性能评估方法

2.5 小结

第三章 张量空间模型与控制性能基准估计

3.1 问题描述

3.2 张量空间模型

3.3 性能基准估计

3.4 仿真例子

3.5 小结

第四章 张量积表示与控制性能分析

4.1 问题描述

4.2 切换线性系统张量积表示

4.3 例子

4.4 切换控制系统性能分析

4.5 例子

4.6 小结

第五章 基于协方差张量的控制器性能评估

5.1 问题描述

5.2 控制性能评估

5.3 数值仿真例子

5.4 工业应用例子

5.5 小结

第六章 保护系统性能分析与评估

6.1 问题描述

6.2 保护系统性能基准估计

6.3 仿真例子

6.4 安全性能评估

6.5 仿真例子

6.6 小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

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