【摘 要】
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在第三次工业革命后,工业系统慢慢由集中式控制方式开始向分散式增强型控制转变,其规模变得越来越巨大,结构变得越来越复杂。随着互联网、物联网等技术的迅速发展,工业4.0时
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在第三次工业革命后,工业系统慢慢由集中式控制方式开始向分散式增强型控制转变,其规模变得越来越巨大,结构变得越来越复杂。随着互联网、物联网等技术的迅速发展,工业4.0时代正在到来,工业系统也逐渐接入了网络空间。网络化控制系统是指一个系统的各个组件(传感器、执行器等)通过共享网络的方式连接起来,它具有抗干扰能力强、稳定性好、成本低等优点。然而,实际系统在运行中由于网络通信资源的限制,数据传输中存在延迟、丢包的现象,这给控制系统的分析与设计带来大量问题。所以,网络化控制系统的故障检测具有极强的实用价值,值得深入研究。本文针对网络化控制系统中数据丢失以及通信限制条件下的故障检测方法进行相关研究。主要内容有:首先,研究了通信资源有限制的线性网络化控制系统的故障检测滤波器设计方法。由于采用事件触发机制可以减少网络传输的数据量,节约通信资源。因此将该思想应用于网络化控制系统的故障检测中,设计了基于事件触发机制的网络化系统故障检测滤波器,实现对系统的故障检测。其中,利用H_∞优化性能法,通过极小化外界干扰和模型误差对故障检测模型的影响,实现了对网络化控制系统故障检测的目标,并根据Lyapunov稳定性理论推导出来该模型稳定的充分条件。对于该滤波器的参数矩阵,使用了基于LMI的求解方法对其进行求解。其次,研究了通信资源有限制并且存在网络数据随机丢包现象的网络化控制系统的故障检测滤波器设计方法。假设网络中的数据随机丢失现象符合Bernoulli分布,通过Bernoulli白噪声序列来描述该现象并进行研究。在仅考虑通信资源有限制的线性网络化控制系统故障检测滤波器设计方法的研究基础上加以改进,设计了可以应对数据随机丢包现象的故障检测滤波器模型。从Lyapunov稳定性理论出发,给出了该模型实现渐近稳定以及满足其期望的检测目标的充分条件,进而推导出了该网络化控制系统故障检测滤波器参数矩阵。最后,研究了通信资源有限制特性的不确定网络化控制系统的故障检测滤波器与控制器联合设计的方法,实现对系统的控制同时具有故障检测能力。在该联合设计模块中,集成了一个滤波器以及输出反馈控制器。最终该联合设计的模块可以在实现渐近稳定的同时达到预期的控制目标和故障检测目标。在该模块中有两个互相独立的事件触发器,分别用于减少该模块与传感器以及该模块与原系统之间网络通道中的数据量。有效的降低传输数据量,节约了通信资源。通过优化算法,同时考虑不确定模型和基于事件触发机制的数据传输方案,对该控制器以及两个事件触发器的参数进行求解。
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