毕设已提交20124387孙伟铭开题报告最终.docx

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1、东北大学信息科学与工程学院毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目：一类非线性网络控制系统的故障诊断与容错控制方法研究姓名：孙伟铭学号：20124387专业：自动化班级：1208指导教师:董久祥实习单位：控制理论与导航技术研究所开题日期：2016年3月27日1.课题提出1.1课题背景、目的与意义随着现代科学技术水平的飞速发展，控制系统的规模和复杂程度日益提高。系统中的传感器、控制器和执行器数量大大增加。从系统部件物理分布情况来看，一方面，这些设备可能分布在大范围地域空间中，例如大型工业过程控制系统、电力传输系统等；另一方面，设备可能集中在受约束的局部空间

2、当中，例如航天器、舰船和高性能汽车等现代交通工具的控制系统。在这样复杂的控制系统当中，如果在设备部件之间仍然采用传统的直接点对点连接通信方式，将会使系统布线十分繁琐，布线成本增加；或者会造成空间资源的紧张，降低系统灵活性和可维护性。可见，对于复杂系统，传统的点对点专线传输设计已经不能满足其成本效益、灵活性和可维护性等方面的性能要求。因此，必须将通信网络引入到系统当中，利用网络作为连接不同部件的方式。当前，这种控制和网络相结合、集中式向分布式转变的系统应用已经成为一种必然趋势，网络控制系统正是在这种背景下应运而生。通过网络形成的反馈控制系统称为网络控制系统

3、（NetworkedControlSystem简称NCS）[1-4]。此类系统中，系统信息和控制信号通过公共的网络平台在控制部件之间传输。和传统的点对点互联控制系统相比较，网络控制系统具备便捷的模块化系统设计方式，简单快捷的实现方式及系统维护；可实现资源共享、远程操作与控制；系统实现成本低、易扩展等诸多优点。这些优点使得NCS在工业自动化、智能交通工具、机器人、航空航天、国防等领域获得了广泛的应用[5,6]。在网络控制系统带来诸多优点的同时，也给控制学科带来了新的问题。网络环境中，系统中的信息是通过网络进行传输，而网络带宽是有限的，因此数据包在传输过程中

4、不可避免的出现碰撞、排队等待和重传等现象，这些现象会导致数据传输的延迟，称为网络时延。根据网络协议、网络负载状况和信息包大小的不同，网络时延呈现出固定、时变或随机的特征。另外，通信网络是一个不可靠的数据传输通道，存在着网络拥塞和连接中断等现象，因此网络控制系统中还存在数据包丢失问题。再者，网络中的信息源众多，传输数据经过众多计算机和通信设备且路径不唯一，数据通常有不同的路由选择，这就会产生数据包的时序错乱问题。以上:提到的网络时延、数据包丢失、数据乱序等问题给NCS的分析和设计带来了困难。同时必须看到，网络控制系统本身也是一个动态系统，和其它复杂系统相同

5、，NCS也会发生各种各样的系统故障，系统故障的发生会导致系统性能下降甚至不稳定。系统本身复杂程度的提高和网络的引入，给系统的可靠性和安全性设计带来了前所未有的挑战。因此，随着网络控制系统理论研究和实际应用的不断深入，如何提高网络控制系统的可靠性、安全性显得尤为重要和紧迫[7]。另一方面，现代复杂系统规模越来越大，投资越来越多，这一类系统一旦发生事故，就可能造成人员和财产的巨大损失，甚至导致灾难性的后果。因此，切实保障现代复杂系统的可靠性与安全性具有十分重要的社会意义和经济意义。而故障检测与诊断技术和容错控制技术为提高系统的可靠性与安全性开辟了一条有效途径

6、，被誉为控制科学面临的一个富有挑战性的研究课题[8]。故障检测和容错控制的研究对象都是故障（Fault），故障是指系统至少一个特性或参数出现较大偏差，超出了可接受的范围[9]。故障检测与诊断（FaultDetection&Diagnosis简称FDD)是指当系统发生故障时及时发现并报警(检测)，分离确定故障发生位置，确定故障大小、类型和发生时间等(诊断)[10-12]。而当系统发生故障时仍能保持稳定且具有较理想的特性，就称其为容错控制(FaultTolerantControl简称FTC)系统[13,14]。1.1国内外现状故障诊断和容错控制技术都起源于二

7、十世纪七十年代初，基于解析冗余的FDD技术被公认为起源于1971年Beard发表的博士论文[15]以及Mehra和Peschon发表在Automatica上的论文[16]；而对FTC技术的研究以Niederlinski提出的完整性控制概念为标志[17]。经过数十年的发展，故障检测与诊断和容错控制在理论和应用方面都已得到深入广泛的研究，众多著作和可行的方法相继问世[18-20]，并已在航空航天、船舶、机器人、核电厂、化工、机械设备等工业领域得到广泛应用[21,22]。飞行控制问题是小型无人直升机研究的关键问题。广大科研工作者一直都在忙于先进飞行控制系统的研

8、究与设计工作，针对非线性，采用线性化技术进行近似处理；针对多输入多输出，采用现代