时滞非线性系统执行器鲁棒故障诊断

摘要：本文提出了一种带有不确定性环节非线性时滞系统的执行器鲁棒故障诊断方案，这里非线性与系统的输入和状态有关,主要采用观测器技术和自适应技术，并且详细的分析了它的鲁棒性、灵敏度和稳定性。最后通过仿真实验验证了它的有效性。 关键词：非线性时滞系统，鲁棒性，灵敏度，稳定性，故障诊断 Actuator Fault Diagnosis in Nonlinear-Time-Delay System with Uncertainties 200237 Yong Yun Chen Ai Lun Liu Department of information and project, east china university of science and technology Abstract: The paper proposes a robust fault diagnosis of actuator in nonlinear-time-delay system with uncertainties, and nonlinear is related with inputs and states, mainly using observer techniques and adaptive techniques ,and analyzes robustness, sensitivity and stability. At last, this method is proved through simulation. Keywords: Nonlinear-time-delay system, robustness, sensitivity, stability, fault diagnosis 一、引言 故障诊断由于其不仅有理论价值，而且有实用价值，再加上随着如今工业设备及使用系统的复杂性的增大，往往一个小的故障，由于不能及时的发现，从而引发了大灾难，造成了巨大的损失。从这个意义上说，故障诊断的研究还是与实际结合的很紧的。近来，在故障诊断的领域上，研究方法可以说是非常多，具体有基于解析模型的故障诊断，基于信号处理方法的故障诊断和基于人工智能方法的故障诊断，但现在往往是好多种方法的结合，取长补短。 对于基于解析模型的故障诊断的研究，至今为止，基于线性模型的故障诊断研究已经比较完整[1]，近来基于非线性模型的故障诊断研究比较的多[2][3][4][5][6][7]，但是这方面的工作还有好多可以做。对于基于时滞模型的故障诊断研究，至今为止，仍然非常的少[8]。就其原因，主要由于时滞系统多了一个时滞环节，对整个诊断方案的鲁棒性、灵敏度和稳定性的分析都产生了很大的困难，但是时滞的现象，在各种实际过程中又非常的普遍，所以对这方面的研究无论从理论上还是实际应用上都是有很大意义的。如果把非线性和时滞两者结合起来,应该说更加能反映现在复杂的控制对象,然而至今为止,国内外对于基于非线性时滞解析模型的故障诊断研究,还未见有相关研究文献,因此本文就是想对具有不确定环节非线性时滞系统执行器突变故障，设计一个鲁棒故障诊断方案，这里非线性与系统的输入和状态有关，同时详细的分析该方案的鲁棒性、灵敏度和稳定性，并给出相应的定理。最后通过仿真实验验证该诊断方案的可行性。 二、故障诊断方案 这里的非线性时滞系统模型采用离散差分形式，这样的形式可以更加方便的采用计算机作为辅助工具。过程模型如下： 由上面的仿真曲线可得：本文的故障诊断方法还是可行的，效果也不错。 五、总结 由于对时滞非线性系统的故障诊断，以前研究的几乎没有，本文只是在这方面做一些尝试，虽然该故障诊断方法可行，但是存在很多不足。姑且不论它是基于解析模型，由于本文的故障诊断方案中，矩阵 和参数 要自己选择，但是又没有优化选择的准则或依据，所以这些值的选择完全凭经验去试凑，从而使该诊断方案的效果于人为因素有很大的关系，从这点上来说，要做的工作还有好多。并且本文的故障诊断方案，只适合于时滞部分的量相对于非时滞部分比较小的系统，不然在时滞部分出现的结合点，由于波动厉害，很容易出现误诊断。当然了，该故障诊断方案要在系统输出趋于稳定的情况下进行工作，在系统还在过渡过程时，由于系统输出变化较为剧烈，所以也会产生误诊断。 六、参考资料 [1] Erik Frisk&Mattias Nyberg(2001).A minimal polynomial basis solution to residual generation for fault diagnosis in linear systems[J].Automatica,37(9):1417-1424 [2] Arun T.Vemuri.Sensor bias fault diagnosis in a class of nonlinear systems[J].IEEE Transactions on Automatic Control,2001,46(6):949-954 [3] Arun T.Vemuri,Marios M.Polycarpou,Amy R.Ciric.Fault diagnosis of differential-algebraic systems[J].IEEE Transactions on systems,man,and cybernetics-part c:applications and reviews,2001,31(2):143-152 [4] Xiao dong Zhang,Marios Polycarpou and Thomas Parisini.Robust fault isolation for a class of non-linear input-output systems[J].J.Control,2001,74(13):1295-1310 [5] Xiao dong Zhang,Marios M.Polycarpou and Thomas Parisini.A Robust Detection and Isolation Scheme for Abrupt and Incipient Faults in Nonlinear Systems[J].IEEE Trans on Automatic Control,2002,47(4):576-593 [6] Arun T.Vemuri and Marios M.Polycarpou.Robust nonlinear fault diagnosis in input-output systems[J].Int.J.Control,1997,68(2):343-360 [7] Yu dong Chen,Zheng xing Weng and Song jiao Shi.A Neo Robust On-line Faut Diagnosis for Nonlinear Difference-Algebraic Systems[J].Proceeding of the 4th world congress on intelligent control and automation,shang hai,china,2002:1701-1704 [8]钟麦英,汤兵勇,S.X Ding,黄小原.状态时滞系统故障诊断问题的LMI方法的研究[J].控制与决策,2002,17(1):15-18