网络环境下基于事件触发的随机系统故障检测研究

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随着控制系统规模、集成度及复杂度的不断提升,其性能也得到了质的飞跃,但在控制系统的安全性和可靠性方面也同样面临着更大的挑战,由此推动了控制系统故障检测研究的发展。另外,为提高控制系统的灵活性并扩大其应用范围,被控对象以及控制器、传感器、滤波器和执行器等元件往往处于不同的区域,通过利用网络通信技术将被控对象和系统部件连接起来形成网络化控制系统。因此,网络化控制系统拥有传统的控制系统不可比拟的优点。但在实际应用中,通信网络的信息传输量往往是有一定限制的,因此,当进行较大数据量的传输时,将有可能引起时延、丢包或随机非线性等问题,从而导致控制系统的分析与设计难度大幅提升。基于以上所提出的问题,本文研究了网络通信受约束情形下基于事件触发的随机系统故障检测问题。首先,研究了网络通信受约束且考虑丢包情形下的线性随机系统的故障检测问题。通过在传感器的输出端设计一种事件触发机制来减少网络数据传输量,缓解网络通信约束问题。通过Bernoulli分布的形式对网络传输通道上存在的丢包问题进行描述。另外,通过设计一加权的故障模型来提高系统的故障检测效率,以确保系统出现故障时能够被准确而迅速地检测到。基于以上考虑和分析,从而构建出故障检测数学模型。通过Lyapunov稳定性理论以及线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)推导出满足故障检测系统的稳定性以及故障检测要求的判据,同时给出了滤波器参数的设计方法,并通过求解LMI的方法求出故障检测系统的相关参数。其次,研究了网络通信受约束情形下的线性随机系统的故障检测与控制器的协同设计问题。通过建立双端异步事件触发机制,即利用在输出端和控制端分别设置事件触发装置的方法来进一步缓解网络通信受约束问题。为了降低控制器的设计对故障检测所产生的不利影响,提高故障检测效果与控制性能,同时降低系统设计的复杂度,减少硬件冗余,提出了一种故障检测与控制器协同设计的方案。通过Lyapunov稳定性理论以及LMI推导出故障检测系统的稳定性判据,同时判定故障检测指标与控制性能是否符合要求,进而求出滤波器、控制器以及双端异步事件触发器的相关参数。最后,在网络通信受约束且存在丢包和时延情形下,针对基于自适应事件触发的非线性随机系统故障检测问题进行研究。通过采用Bernoulli分布的形式对丢包问题以及系统受非线性项影响的可能性进行描述,并对非线性项进行适当的约束处理。为了更进一步缓解网络通信受约束问题,设计了一种触发阈值随采样信息动态变化的自适应事件触发机制。基于以上考虑,从而实现对故障检测模型的整体设计,建立故障检测滤波器的存在条件,并满足其稳定性以及故障检测要求,同时对滤波器参数进行了相应设计,并利用LMI的求解方法求出故障检测系统的相关参数。
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