动态系统的故障诊断方法及其应用研究

发布时间：2017-05-19 16:21

  本文关键词：动态系统的故障诊断方法及其应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学的发展和技术的进步,系统的复杂性和投资越来越大,同时系统的安全性、可靠性、可维护性等也越来越重要。航空、航天、核工业和化学工业等领域,由于工作环境的特殊性,要求系统具有更高的安全性、可靠性和可维护性。系统一旦发生事故,便会造成严重的人员伤亡和巨大的财产损失,使人们更进一步认识引入故障检测与诊断技术的重要性。因此,动态系统的故障诊断方法及其应用研究具有重要的意义。本文针对实际中的执行器或传感器故障,利用基于观测器的方法,结合稳定性理论、奇异系统方法等技术,研究不同的动态系统的故障诊断方法问题。主要内容概括如下:1.基于奇异系统方法提出一类具有传感器故障的离散系统故障检测方案。介绍两种性能指标分别用来测量对扰动的鲁棒性和故障的灵敏度。采用奇异系统方法,设计一种新的故障检测观测器,不仅保证状态误差系统是渐近稳定的且满足H∞性能指标。基于设计的观测器,同时得到状态、输出和故障的估计。解决残差对故障的灵敏性问题。仿真结果说明提出的新方法的有效性。2.讨论一类传感器故障的离散马尔科夫跳变系统的故障检测方法。把故障看作系统状态,构造一个辅助状态,得到扩张状态系统。设计一种奇异故障检测观测器,同时获得状态、输出和故障的估计。该观测器不仅保证状态误差系统是随机稳定的、残差对扰动具有很强的鲁棒性且对故障具有很好的灵敏性。数值仿真验证提出的理论结果的有效性。3.采用奇异系统方法来解决一类离散时间系统的执行器故障检问题。在考虑控制输入、执行器故障和未知有界扰动的情况下,基于奇异系统方法,设计一种故障检测滤波器使得残差系统是容许的且满足H∞性能指标。利用Lyapunov稳定性理论,证明残差系统的容许性。得到所需的故障检测滤波器。最后,仿真结果用来说明提出方法的有效性。4.考虑一类具有执行器故障的T-S模糊离散时间系统的H∞故障检测滤波器设计问题。对于系统的控制输入、执行器故障和未知有界扰动,设计一种奇异故障检测滤波器使得残差系统在H∞意义下是容许的。残差系统的容许性的充分条件以线性矩阵不等式的形式给出。也给出所设计的检测滤波器参数的形式。通过设计的故障滤波器,同时获得状态和扰动估计。通过分析仿真结果来说明该方法的有效性。5.应用有限频域方法设计车辆主动悬架系统的故障检测滤波器。分别考虑低频域、中频域和高频域设计故障检测滤波器。故障检测滤波器问题转化为H∞滤波器问题。基于广义KYP引理和Lyapunov稳定性理论,获得满足H∞性能指标的残差系统在有限频域的稳定性充分条件。制定设计问题的优化算法。仿真结果用来说明本章提出结果的有效性和实用性。最后,归纳总结本文的主要结果,并对今后的工作进行展望。
【关键词】：故障检测 基于模型方法 奇异系统方法 扩张状态观测器 滤波器 执行器故障 传感器故障
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP277
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 符号12-16
• 第1章 绪论16-28
• 1.1 课题研究的背景与意义16
• 1.2 故障诊断技术的发展历程16-19
• 1.3 故障诊断的任务及研究内容19
• 1.4 故障诊断方法19-23
• 1.4.1 基于解析模型的方法21-22
• 1.4.2 基于数据驱动的诊断方法22-23
• 1.4.3 基于知识的诊断方法23
• 1.5 基于观测器方法的故障诊断23-26
• 1.5.1 奇异系统24-25
• 1.5.2 马尔科夫跳变系统25
• 1.5.3 T-S模糊系统25-26
• 1.6 本文的主要工作及内容安排26-28
• 第2章 基于奇异系统方法的离散系统的传感器故障检测28-46
• 2.1 引言28-29
• 2.2 预备知识及问题描述29-33
• 2.3 主要结论33-39
• 2.3.1 鲁棒分析33-36
• 2.3.2 灵敏性分析36-38
• 2.3.3 阈值设计38-39
• 2.4 仿真与分析39-45
• 2.5 结论45-46
• 第3章 马尔科夫跳变离散系统的H∞故障检测算法46-64
• 3.1 引言46-47
• 3.2 预备知识及问题描述47-50
• 3.3 主要结论50-56
• 3.3.1 鲁棒分析50-54
• 3.3.2 不存在扰动情况下的故障灵敏性分析54-56
• 3.3.3 存在扰动情况下的故障灵敏性分析56
• 3.4 仿真与分析56-62
• 3.5 结论62-64
• 第4章 具有执行器故障的离散系统的H∞故障检测方法64-82
• 4.1 引言64-65
• 4.2 预备知识及问题描述65-67
• 4.3 主要结论67-74
• 4.3.1 鲁棒分析67-71
• 4.3.2 滤波器设计71-73
• 4.3.3 阈值设计73-74
• 4.4 仿真与分析74-80
• 4.5 结论80-82
• 第5章T-S模糊离散系统的奇异故障检测滤波器设计82-102
• 5.1 引言82-83
• 5.2 预备知识及问题描述83-87
• 5.3 主要结论87-93
• 5.3.1 容许性分析87-90
• 5.3.2 滤波器设计90-93
• 5.4 仿真与分析93-100
• 5.5 结论100-102
• 第6章 有限频域内车辆主动悬架系统的故障检测方案102-122
• 6.1 引言102-103
• 6.2 预备知识及问题描述103-107
• 6.3 主要结论107-117
• 6.3.1 低频域下的滤波器设计107-113
• 6.3.2 中频域下的滤波器设计113-115
• 6.3.3 高频域下的滤波器设计115-116
• 6.3.4 阈值设计116-117
• 6.4 仿真与分析117-120
• 6.5 结论120-122
• 第7章 结论与展望122-124
• 7.1 研究工作的总结122-123
• 7.2 研究展望123-124
• 参考文献124-142
• 攻读博士学位期间发表与撰写的学术论文142-144
• 致谢144

【共引文献】

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1 徐鹏;杨雪锋;;基于协整理论的船载危险品在途安全状态信息融合处理[J];传感器与微系统;2013年12期

2 董帅;赵亚男;;高速公路网传感设备状态评价研究[J];城市道桥与防洪;2013年12期

3 于桂峰;严志军;孙小龙;;基于信息融合的柴油机冷却系统状态识别[J];大连海事大学学报;2014年01期

4 马奥家;董朝阳;王青;;飞行器网络控制系统故障检测与时域优化[J];北京航空航天大学学报;2014年03期

5 汤琳;;基于马尔科夫预测的多传感器故障检测与诊断机制[J];传感器与微系统;2014年11期

6 白永珍;;基于支持度矩阵特征向量的数据融合方法研究[J];传感器世界;2015年01期

7 李立;王文旭;梁彦;;基于动态证据推理的异常航路目标检测[J];电子设计工程;2015年09期

8 陈子建;王振涛;许杰彬;;基于RBF网络的船舶机械状态监测与评估[J];船舶工程;2015年S1期

9 罗小元;李娜;徐奎;关新平;;具有随机丢包的非线性网络化控制系统鲁棒故障检测[J];控制与决策;2013年10期

10 牛尔卓;王青;董朝阳;王明明;;网络控制系统故障检测滤波器的设计与优化[J];哈尔滨工程大学学报;2013年08期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 Ma Aojia;Wang Qing;Dong Chaoyang;Xie Yan;;Fault Detection for Networked Control Systems Based on Dynamic Feedback Observer[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年

2 Xiukun Wei;Kun Guo;Hai Liu;Limin Jia;;Fault Isolation for Light Rail Vehicle Suspension System based on Multi-sensor Information Fusion[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年

3 刘成材;黄晓琪;郭宏志;张敏;朱建军;;航空发动机地面试车台滑油在线监测系统[A];2014航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2014年

4 古莹奎;杨子茜;朱繁龙;;基于主成分分析的滚动轴承故障特征融合分析[A];2014年全国机械行业可靠性技术学术交流会暨可靠性工程分会第五届委员会成立大会论文集[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 肖海兵;基于能量耗损的机械设备故障诊断理论与方法研究[D];华南理工大学;2013年

2 许同乐;基于多路传感器信息融合的旋转机械故障诊断方法研究[D];北京邮电大学;2012年

3 张秀华;基于WLAN/RFID信息融合的移动机器人自主定位算法研究[D];哈尔滨理工大学;2013年

4 徐鹏;基于WSN的船舶危险品运输风险预警模型与仿真研究[D];大连海事大学;2013年

5 曾珠;基于客户行为差异的汽车售后服务推荐研究[D];武汉理工大学;2013年

6 曹恺;轻型汽油车远程监测及故障诊断技术研究[D];武汉理工大学;2013年

7 申屠晗;面向目标跟踪的信息反馈融合方法研究[D];浙江大学;2014年

8 顾晓宇;T-S模糊系统的稳定性分析与控制器设计[D];天津大学;2013年

9 孙红兵;大型结构监测多主体协作与融合技术[D];南京航空航天大学;2013年

10 许德智;复杂飞行器鲁棒容错控制技术研究[D];南京航空航天大学;2013年

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1 雷炜;基于FSM模型检验的安全测试技术研究[D];广东工业大学;2013年

2 王佳;未知环境中移动机器人认知技术的研究[D];郑州大学;2013年

3 孙振;一种面向时间不确定性问题的故障诊断方法研究[D];郑州大学;2013年

4 孙丽杰;基于最大期望和势能函数的滚动轴承故障识别算法研究[D];辽宁大学;2013年

5 冯中魁;基于多源信息融合贝叶斯网络的滚动轴承故障诊断方法[D];燕山大学;2013年

6 李娜;Lipschitz非线性网络化控制系统鲁棒故障检测研究[D];燕山大学;2013年

7 李娜;基于信息融合的铁路信号设备故障诊断方法研究[D];兰州交通大学;2013年

8 冷德新;船用燃气轮机双转子系统振动监测与状态评估方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

9 杨永强;基于油液监测技术的磨损状态评定系统的研究[D];内蒙古工业大学;2013年

10 肖楚珍;基于D-S证据理论的信息融合方法研究及军事应用[D];中南大学;2012年

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本文编号：379201