基于滑模观测器的广义系统的故障诊断与重构

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1、摘要故障的诊断与隔离(FaultDetectionandIsolation)正日益成为～个重要的研究领域。当系统发生异常时，就被认为发生了故障，例如：执行器或传感器故障。故障诊断和隔离的基本目的是当故障发生时产生报警，并且确定故障的类型和它所在位置。常见的故障诊断和隔离方法是基于观测器：把设备有规律的输出值与根据系统模型设计的观测器输出值进行比较，其差值作为残差，根据残差信号来确定目前是否为故障条件。然而，系统模型设计具有一定的不确定性。该不确定性将导致在无故障时触发一个假报警信号，更严重时，不确定性对故障结果的掩盖，致使检测不出来存在的故障。这就要求故障诊断和隔离的鲁棒设计，即要求观测器

2、对于系统模型的不确定性的反应是迟钝的。滑模概念是上世纪60年代后期前苏联科学家提出的，是探究电力系统不连续控制作用的结果。在开关控制律的使用中发现系统状态能被逼近到达并随后保持在这个定义的状态空间，同时被强制在这个表面，导致的降阶模被称为滑动模态。滑动模态显示出对不确定性或外部干扰信号的完全自适应性是输入通道固有的。其内在的鲁棒特性在世界范围内引起了对滑模控制研究的广泛兴趣。随后这些观点被应用到其他领域，包括通过观测器的状态估计问题。本文利用滑动模态的强鲁棒性，将基于滑模观测器的正常系统故障重构的方法推广到一个正则的并且真可稳和真可检的广义系统中，设计滑模观测器，重构同时发生的执行器故障和

3、传感器故障，通过设计使系统中存在的不确定性影响最小。仿真示例显示，设计的滑模观测器能获得执行器和传感器故障的精确重构。关键词：故障的诊断与隔离鲁棒性滑模观测器故障重构ABSTRACTFaultdetectionandisolation(FDI)isbecominganeverincreasinglyimportantresearchfield．Afaultisdeemedtooccurwhen也esystemissubjecttOanabnormalcondition．suchasmalfunctionsinactuatorsorsensors．Thefundamentalpurposeo

4、fallFDIschemeistogenerateallalarmwhenafaultoccursandalsotoidentify也enatureandlocationofthefault．ManyFDImethodsarebasedonthedesignofobservers．Themeasuredplantoutputiscomparedwiththeoutputofanobserverdesignedforamodelofthecontrolledsystem．and也ediscrepancyiSusedtoformaresidualsignal．Usingthisresidual

5、signal，adecisionismadeaboutwhetherafaultconditionispresented．However,inpracticalapplications，themodelofthesystempossessesuncertainties，whichcouldcausetheFDIschemetotriggerafalsealarmevenwhennofaultspresent．Ontheotherhand．也eeffectofafaultcouldnotbehiddenduetotheuncertainties，whichmaygoundetected．He

6、nce，thereiSarealneedforrobustFDIschemeswhichareinsensitivetOmodeluncertainties．TheconceptofslidingmodeemergedfromnleSovietUnioninthelatesixtieswheretheeffectsofintroducingdiscontinuouscontrolactionintodynarnicalsystemwereexplored．Bytheuseofajudiciousswitchedcontrollaw’itwasfoundthatthesystemstates

7、couldbeforcedtOreachandsubsequentlyremainonapre—definedsurfaceinthestatespace．Ⅵ恤1stconstrainedtothissurface．theresultingreduced—ordermotion，referredtoastheslidingmotion。WasshowntObeinsensitivetoanyuncertaintiesor