基于SPSB测试平台的船舶推进系统故障诊断与容错控制研究

发布时间：2017-09-04 09:29

  本文关键词：基于SPSB测试平台的船舶推进系统故障诊断与容错控制研究

  更多相关文章： SPSB 故障诊断 容错控制 观测器 多指标相容

【摘要】：随着船舶自动化程度和复杂性提高,船舶推进系统检测/执行单元故障率相应增大。目前,SPSB(Ship Propulsion System Benchmarks:船舶推进系统基准)作为船舶推进系统故障诊断与容错控制研究的开放性仿真测试平台,一系列基于SPSB的研究成果已应用于实际工程系统,并推广到了其它控制领域。本文基于SPSB测试平台,结合线性/非线性多性能指标约束故障诊断观测器设计方法,利用LMI、T-S模糊模型和滑模控制等方法对PS(Propulsion System:船舶推进系统)的故障诊断与容错控制展开研究。首先,通过基于SPSB测试平台船舶推进系统子模块数学模型(如:调距桨控制系统,船速控制系统,柴油机转速控制系统等),推导了船舶推进系统整体非线性数学模型,分析总结了船舶推进系统典型的传感器/执行器故障模型,并给出了相应的数学解析式。其次,针对可调螺距桨液压系统泄漏故障,给出了LTI系统同时具备极点指标、协方差指标、鲁棒性指标和故障灵敏度指标约束下的故障诊断观测器设计方法,利用LMI方法,分析了灵敏度指标跟其他指标的相容性问题,给出了多指标约束故障诊断观测器的设计步骤,有效提升了故障估计的快速性和准确性。再次,建立了船舶推进系统的T-S模糊模型,结合满意控制理论,通过模糊化与反模糊化将船舶推进系统分成多个局部子系统,给出了各局部子系统在执行器恒偏差故障下,满足极点指标,鲁棒性指标和灵敏度指标约束的故障诊断观测器设计方法。利用Simulink工具箱建立了仿真模型,验证了复杂非线性系统多性能指标约束下故障诊断观测器的正确性与有效性。最后,研究了滑模控制方法在可距桨控制系统故障诊断与容错控制中的应用。设计了一组滑模观测器,对每个传感器故障进行检测与隔离,通过构建增广系统模型,将传感器故障转变为“执行器”故障进行处理,利用等效输出误差对故障传感器进行故障重构与估计。仿真表明,设计的滑模观测器组能够准确判断传感器故障通道,并估计故障的幅值。
【关键词】：SPSB 故障诊断 容错控制 观测器 多指标相容
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U672
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 船舶推进系统故障检测研究现状11-16
• 1.2.1 船舶推进系统介绍11-14
• 1.2.2 船舶推进系统故障诊断研究14-16
• 1.3 故障诊断观测器研究现状16-20
• 1.3.1 线性系统故障诊断观测器研究现状16-17
• 1.3.2 非线性系统故障诊断观测器研究现状17-20
• 1.4 研究内容与技术路线20-22
• 1.4.1 研究内容20-21
• 1.4.2 技术路线21-22
• 2 SPSB船舶推进系统与典型故障模型研究22-32
• 2.1 船舶推进系统模型22-27
• 2.1.1 子系统模型23-26
• 2.1.2 整体系统模型26-27
• 2.2 典型故障与建模27-31
• 2.2.1 故障方案27-29
• 2.2.2 故障建模29-31
• 2.3 本章小结31-32
• 3 多性能约束线性故障诊断观测器研究32-47
• 3.1 调距桨控制系统线性模型32-35
• 3.2 线性系统故障诊断观测器设计35-41
• 3.2.1 LTI系统描述35-37
• 3.2.2 故障诊断观测器设计37-40
• 3.2.3 故障估计与观测器构造步骤40-41
• 3.3 调距桨控制系统故障诊断仿真41-46
• 3.3.1 仿真模型41-42
• 3.3.2 故障诊断观测器设计42-43
• 3.3.3 仿真结果及分析43-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 多性能约束T-S模糊非线性系统故障诊断观测器研究47-62
• 4.1 SPSB推进系统T-S模糊建模47-49
• 4.2 T-S模糊故障诊断观测器设计49-55
• 4.2.1 观测器设计相关引理49-50
• 4.2.2 观测器存在证明50-54
• 4.2.3 设计步骤54-55
• 4.3 T-S模糊观测器仿真55-60
• 4.3.1 仿真模型55-56
• 4.3.2 观测器组设计56-58
• 4.3.3 仿真结果及分析58-60
• 4.4 本章小结60-62
• 5 非线性系统滑模故障诊断观测器研究62-76
• 5.1 调距桨控制系统非线性模型62-64
• 5.2 滑模故障诊断观测器组设计64-69
• 5.2.1 滑模观测器组设计64-65
• 5.2.2 滑模控制器设计65-68
• 5.2.3 传感器故障重构68-69
• 5.3 滑模观测器故障诊断仿真69-75
• 5.3.1 调距桨模型参数69-71
• 5.3.2 故障检测与隔离71-72
• 5.3.3 仿真结果分析72-75
• 5.4 本章小结75-76
• 6 总结与展望76-78
• 6.1 总结76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 在学研究成果82-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李昌斌;电力推进船的动力系统建模与仿真[J];船电技术;2004年03期

2 万佑红;王锁萍;蒋国平;;基于观测器的复杂网络辨识新方法研究[J];电子学报;2010年05期

3 张柯;姜斌;;基于故障诊断观测器的输出反馈容错控制设计[J];自动化学报;2010年02期

，

本文编号：790673