多传感器故障检测与隔离的残差产生器设计方法研究

为了解决多传感器故障检测与隔离这一难题,建立了包含卡死、增益时变和偏差时变等三种典型传感器故障的数学模型.借助输出方程,将待检测的传感器故障转换到系统状态方程中进行处理.设计出既能检测出故障,又能将各个故障进行有效隔离的残差产生器,同时还要给出设计残差产生器过程中未知参数的求解方法.用算例对上述设计结果的有效性进行计算机仿真验证.

广义双线性系统的残差产生器设计

针对具有不可测外界干扰和有界控制输入的广义双线性系统,提出了一种用于故障检测的未知输入残差产生器的设计方法。首先,通过非奇异线性变换,将广义双线性系统分解成动态和静态两个子系统,设计了未知输入残差产生器,给出了未知输入残差产生器存在的充分必要条件,并基于Lyapunov稳定理论,分析了所设计的未知输入残差产生器的指数稳定性。然后,针对未知输入残差产生器中的待定参数,基于线性矩阵不等式技术和广义逆理论,给出了未知参数的求解过程,该求解方法不需要对待求参数进行参数化的过程,易于计算。

设计最优等价空间残差产生器的新的混合优化方法

研究了有突变故障采样数据(SD)系统的最优等价空间残差产生器的设计。针对用等价空间残差产生器进行SD系统故障检测时,检测结果的好坏与等价空间向量的选择密切相关,设计SD系统等价空间残差产生器的传统间接优化方法和直接优化方法均把扰动和故障看做是同一类型,导致最后设计的有突变故障SD系统残差产生器对扰动的鲁棒性差,无法对突变故障进行有效检测的情况,提出了一种设计最优等价空间残差产生器的新的混合优化方法。理论分析证明,用该方法设计的等价空间残差产生器的性能,要优于采用传统直接优化方法和间接优化方法设计的产生器,而且随着等价关系阶数s的增大,性能会进一步增强。仿真结果验证了该方法的有效性。

基于等价空间的的多速率数据采样系统快速残差的产生

研究一类多速率数据采样系统基于等价空间的快速残差产生问题.首先应用一种提升技术,建立多速率数据采样系统的线性时不变提升模型,并以提升模型为基础将基于等价空间的残差产生器设计问题归结为最小化问题.然后,利用该最小化问题解不唯一的特点,求得满足因果关系的最优残差产生器.进一步,应用逆提升技术实现残差产生同步于测量输出采样的快速化.算例验证了所提方法的有效性.

基于一种新的残差评价函数的故障检测方法

大多数现有的鲁棒故障诊断系统集成设计方法都采用基于 2范数的残差评价函数。本文首先讨论了以 2范数作为残差评价函数的问题 ,然后提出了一种新的残差评价函数 ,并以此为基础 ,进一步提出了相应的故障诊断系统集成设计方法。它可以有效地解决现有的基于 2范数方法的问题 。

多传感器故障检测与隔离算法

在系统状态、执行器及传感器故障检测与隔离的问题研究过程中,对传感器故障的检测与隔离难度最大,而针对欠量测系统和传感器冗余系统中传感器故障检测与隔离问题难度更大。为此,首先建立了包含卡死、增益时变和偏差时变3种典型传感器故障的数学模型;其次,借助输出方程,将待检测的传感器故障转换到系统状态方程中进行处理,对欠量测系统转换结果不唯一这一问题,分别采用最小二乘和基础解系的方法进行处理,对传感器冗余系统,通过两次利用系统状态,分别构造两个并行运行的残差产生器;然后,设计出既能检测出故障,又能将各个故障进行有效隔离的残差产生器;最后,用算例对上述设计结果的有效性进行计算机仿真验证。

采样数据系统故障检测的H_∞方法

提出一种对采样数据系统进行故障检测的H_∞方法。首先构造离散时间故障检测系统,分析残差产生器的动态特性。然后从故障检测的角度引入算子,定量考察连续时间未知输入信号和故障信号对离散时间残差信号的影响。最后优化残差产生器的参数,使得故障检测系统对未知输入具有较强的鲁棒性,同时对故障具有较高的灵敏度。

一种鲁棒故障检测与分离的参数化方法

针对具有未知干扰输入的多变量线性系统,提出一种鲁棒故障检测与分离的完全参数化方法。利用最近的结果,基于Luenberger未知输入观测器矩阵的特征值及一组自由参数向量,分别给出了系统干扰解耦和故障分离的充要条件。通过适当选择满足一些约束的自由参数,仅使用单一观测器实现了鲁棒故障检测与分离设计。该方法提供了所有设计自由度。一个数值例子证明了该方法的有效性。

离散时间Markov跳跃系统故障估计

基于等价空间方法研究离散时间Markov跳跃系统的故障估计问题,通过引入新的性能指标来评估故障估计的性能,建立基于等价空间的故障估计问题和特定二次型最小化问题之间的关系,基于此得到最小化问题可解的充分必要条件,并给出等价矩阵的统一解析解。最后,通过算例验证所提方法的有效性。

具有未知时延的网络化控制系统故障检测

对于一类网络时延未知有界的网络控制系统,建立其离散化系统模型,研究基于等价空间的故障检测问题。将残差产生器设计归结为最小化问题,通过求解广义特征向量问题给出等价向量的求解方法,进一步通过奇异值分解得到等价向量解析解的一般形式。算例验证了提出方法的有效性。

不确定奇异系统的鲁棒故障诊断滤波器设计

研究了带参数不确定性和干扰输入的奇异系统的鲁棒故障诊断滤波器设计问题.设计H∞滤波器作为残差产生器,使残差与故障加权之间的误差尽可能小.给出了残差误差系统对所有满足条件的不确定性是容许的且残差误差与干扰输入的L2范数的比值最小的充要条件,并给出残差产生器各系数矩阵的求解方法.

非均匀采样数据系统的故障检测

针对目前涉及较少的非均匀采样数据系统故障检测研究,研究了一类基于观测器的故障检测滤波器设计问题;对于非均匀采样数据系统,首先利用提升技术推导出系统的提升状态空间模型,然后选用基于未知输入观测器的故障检测滤波器来作为残差产生器;同时给出一种故障检测滤波器设计的H_∞最优化设计方法,并给出其最优解及存在条件;最后通过一个示例进行验证,结果证明了该方法的有效性;该方法能够有效地实现对非均匀采样数据系统的故障的检测。

基于数据驱动的过程监测系统设计方法研究

为保障工业系统高效安全地运行,主要研究对于一般工业系统基于数据驱动的过程监测系统设计方法。首先,借助互质分解技术学习故障诊断观测器的参数化形式,在已有数据驱动设计方法的基础上,将单维的基于观测器的残差产生器扩展至多维,研究基于多维残差产生器的过程监测系统设计。其次,针对工业系统中普遍存在的非线性、系统不确定性和工作点变化等问题,基于自适应观测技术还为多维残差产生器设计了自适应更新策略。最后通过在三水箱仿真系统中的案例学习验证了所提出的数据驱动设计方法。

基于改进距离相似度的故障可分离性分析方法

为了定量分析故障分离的难易程度,提出基于改进距离相似度的故障可分离性分析方法。以基于等价空间的故障诊断残差产生器为例,根据不同故障引起残差向量在概率分布上的差异建立改进故障分离条件,利用残差向量的距离相似度和方向相似度评价故障分离的难易程度,提出基于改进距离相似度的故障可分离性定量评价指标。通过仿真试验分析某固定翼无人机纵向飞行控制系统的故障可分离性。结果表明:该方法能够准确判断故障分离条件,定量分析系统进行故障分离的难易程度,与现有方法相比,改进故障分离条件更为直观,基于改进距离相似度的故障可分离性评价指标能够实现残差向量在距离差异和方向差异的综合评价。