基于ESO與逆系統的非線性系統故障調節(jié)方法研究.pdf

1、隨著當代科技的迅猛發(fā)展，實際工程中的各種控制系統變得日趨復雜，其規(guī)模變得越來越龐大，系統本身也表現出更強的非線性。一旦系統發(fā)生故障，輕則其影響性能，重則導致整個系統癱瘓，出現災害性事故。因此，對非線性系統安全性與可靠性的研究變得尤為迫切。鑒于此，考慮實際系統中存在的非線性、執(zhí)行器易發(fā)生故障以及外部擾動等因素，本文針對一類具有執(zhí)行器定值和時變故障的非線性系統，提出了變增益擴張狀態(tài)觀測器(extended state observer,ES

2、O)、新的基于擴張狀態(tài)觀測器的擴張狀態(tài)濾波器(new extended state filter based on extended state observer,NESF-ESO)、新型ESF(extended state filter,ESF)三種方法；并結合逆系統理論進行了故障調節(jié)的研究；最后采用力學、物理學和電子學研究中的經典數學模型Van Der Pol振蕩器進行了相應仿真實驗研究，具體內容包括：
　　1）基于變增益ES

3、O與逆系統結合的連續(xù)系統故障調節(jié)方法研究
　　針對一類非線性系統執(zhí)行器時變故障的容錯問題，研究了一種基于變增益擴張狀態(tài)觀測器的逆系統故障調節(jié)方法。該方法首先通過設計一種時變增益，來改進傳統的恒增益擴張狀態(tài)觀測器；其次，在依據故障估計值對原系統進行補償調節(jié)的基礎上，借助于逆系統的引入，對原非線性系統線性化；進而又為其設計了魯棒保性能控制；最后，采用典型非線性系統Van Der Pol振蕩器，分別在發(fā)生恒值和時變故障情形下進行了仿真研

4、究，驗證了所提方法的有效性與優(yōu)越性。
　　2）基于NESF-ESO與逆系統結合的離散系統故障調節(jié)方法研究
　　針對傳統非線性系統故障診斷方法中存在的線性化誤差、濾波發(fā)散等問題，首先構造出一種可用于故障診斷的擴張狀態(tài)濾波器，并在此基礎上推證出了增廣系統漸近穩(wěn)定的充分條件，并借助于原系統中已知的非線性動態(tài)進行故障的分離；其次，依據分離出的故障估計值對原系統進行補償調節(jié)，再輔之以逆系統方法，對原非線性系統進行線性化；進而考慮逆建模

5、誤差的存在，設計了離散時間下的魯棒保性能控制器；最后，通過仿真實驗對比驗證了該方法的有效性與優(yōu)越性。
　　3）基于新型ESF與逆系統結合的離散系統故障調節(jié)方法研究
　　針對傳統濾波算法ESF效果一般的問題，研究了一種新型ESF對含噪離散非線性系統故障濾波及調節(jié)方法。首先借鑒擴張狀態(tài)濾波器思想，設計一種新型的ESF，采用遞歸學習方法來提高對含噪系統的狀態(tài)及故障估計的準確性；其次，利用新型ESF濾波后的故障估計值作為故障調節(jié)項，