基于观测器的鲁棒故障诊断与容错控制技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文基于观测器的鲁棒故障诊断与容错控制技术研究博士研究生：彭宇指导教师：钱华明教授学科、专业：导航、制导与控制哈尔滨工程大学2016年3月万方数据万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文基于观测器的鲁棒故障诊断与容错控制技术研究博士研究生：彭宇指导教师：钱华明教授学位级别：工学博士学科、专业：导航、制导与控制所在单位：自动化学院论文提交日期：2016年1月论文答辩日期：2016年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADi

2、ssertationfortheDegreeofD.EngResearchofObserver-BasedRobustFaultDiagnosisandFaultTolerantControlTechnologyCandidate:PengYuSupervisor:Prof.QianHuamingAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:NavigationGuidanceandControlDateofSubmission:January,2016Dateof

3、OralExamination:March,2016University:HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨

4、工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程

5、大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据万方数据基于观测器的鲁棒故障诊断与容错控制技术研究摘要由于实际工业工程对系统安全性和可靠性的需求不断增长，动态系统故障诊断与容错控制技术的研究受到越来越广泛的关注。基于解析冗余的故障诊断与容错控制方法利用以软件形式体现的进程模型取代传统硬件冗余，具有高效率，低成本的优点。故障诊断分为故障检测与隔离(FDI)和故障估计(FE)两部分。前者是决定系统是否发生故障，并确定故障出现的时间和位置；后者则是在FDI的基础上，进一步估计出故障的幅值。故障

6、估计是容错控制的重要组成部分，构造附加控制律取决于故障估计提供的实时故障信息。现代工业系统的复杂性和高集成性导致故障发生的概率不断增加，轻则改变系统的正常行为，重则引发系统崩溃，造成人员伤亡。因此，控制系统故障诊断与容错控制的研究是富含重要意义和挑战性的。本文针对现有常见方法中存在的难点与不足，研究了基于观测器的鲁棒故障诊断与容错控制的理论与算法。主要研究内容如下：针对一类线性时不变(LTI)系统建模同时包含未知输入和模型不确定性，提出了一种鲁棒故障检测观测器的设计方法。在不考虑系统模型误差的情况下，定义故障灵敏度和干扰鲁棒性

7、指标，利用一种新的迭代线性矩阵不等式(LMI)算法解决参考残差模型的设计问题，保证了其干扰鲁棒性与故障灵敏性的最优平衡。结合参考残差模型，将观测器设计转化为基于LMI的标准H模型匹配问题。同时，设计了自适应门限作为故障决策单元，减小了故障检测的误报、漏报率。在上述模型不确定的LTI系统故障检测的基础上，进一步研究了基于观测器的故障估计问题。通过构造增广误差系统，不仅使传统观测器严格的存在条件得到了放松，而且有效分离出包括模型不确定性的干扰项。利用基于LMI的改进有界实引理构造了新型的增广故障估计观测器(AFEO)实现系统状态

8、和故障的同时估计。在故障诊断之后，将研究拓展至基于自适应观测器的故障估计与容错控制领域。为了提升传统自适应故障估计观测器(CAFEO)的鲁棒性和估计性能，通过定义一种新的故障估计模型，运用鲁棒H理论和广义逆矩阵理论提出了改进自适应故障估计观测器(IAFEO)的设计方法，同时