广义Markovian跳跃系统的故障诊断及容错控制研究

The project investigates the robust fault diagnosis and fault tolerant control problem for singular Markovian jump system with complex transition probability; Based on this, we extend the above system to the network-based environment, and carry out further study. Uncertainties and multiple disturbances in the process can cause fault detection delay, missing detections and false alarms; hence the fault diagnosis output does not always indicate the true operating modes of the system. And thus, the design of fault tolerant controller becomes more difficult, and conventional control method does not work any more. According to this, a novel robust fault estimation algorithm is proposed in the project based on the disturbance observer. Based on the estimation, a novel composite hierarchical active fault tolerant controller, which can compensate fault, and reject and compensate the disturbances, is constructed..Parts of the theory of the project intend to be verified in the simulation platform of the (ultra) supercritical thermal power unit.The project aims to improve the mathematical modeling and application of singular Markovian jump system in practical engineering, rich the fault diagnosis and fault tolerant control theory of singular Markovian jump system, and provide new theoretical support to its application in the practical engineering.

本项目以具有复杂转移概率的广义Markovian跳跃系统为对象，研究鲁棒故障诊断及容错控制问题；并将上述系统推广到网络环境中，开展进一步地深入研究。不确定性和多源干扰的存在会影响故障诊断的快速性，还有可能出现误报或漏报现象，导致故障诊断单元的输出并不能正确描述系统当前运行的模态。从而增加了容错控制器设计的困难性，同时也超出了常见控制方法的研究范畴。基于此，本项目提出新颖的基于干扰观测器的鲁棒故障估计算法。在故障估计基础上，构造新颖的复合分层主动容错控制器：对故障可补偿、对干扰可补偿和抑制。.本项目部分理论成果拟于超（超）临界机组仿真平台进行验证。本项目旨在提高广义Markovian跳跃系统在实际工程中的数学建模和应用能力，丰富广义Markovian跳跃系统的故障诊断及容错控制理论体系，并为其在工程实际的应用提供新的理论支持。

在工业过程中经常会出现零件故障，子系统之间关联改变，以及突发性环境扰动等情况，这些情况会引起系统结构和参数发生跳变，由此产生的系统称为Markovian跳跃系统。该类系统因能够描述众多实际的系统，备受科研工作者和工程技术人员的关注。本项目考虑了当该系统存在多源干扰、复杂转移概率、网络通讯受限等情况下Markovian跳跃系统的复合分层抗干扰控制问题、故障诊断及容错控制问题，并将结果推广应用到广义Markovian跳跃系统和高速列车运行控制系统中,为高速列车的安全运行提供了有效手段。.本项目主要的创新性成果如下：研究了多源干扰非线性Markovian跳跃系统的复合分层抗干扰控制；提出了新型的DOBC和无源控制的新型复合分层控制策略；提出了新型的基于输出和输出导数的干扰观测器；提出了通讯受限情形下的离散Markovian跳跃的复合控制策略；研究了非线性广义Markovian跳跃系统的基于降阶和全阶干扰观测器的复合控制问题；在执行器存在故障时，提出了复合分层容错控制策略；提出了基于H_/H∞混合指标的高速列车信息控制系统故障诊断滤波器；基于高速列车的多质点模型，提出了存在执行器故障和多源扰动时，高速列车系统的复合分层容错控制策略。针对高速列车故障的不确定性、随机性、多源性，我们利用Markovian跳跃系统模型建立了新型的带有故障的多质点高速列车模型，针对复杂转移概率下的Markovian跳跃系统，提出了三种新型的主动容错控制策略来保证闭环系统随机稳定，且满足列车的位置和速度跟踪性能。. 基于此项目（标注此项目号），在Automatica、Information Sciences、IET Control Theory & Applications等SCI期刊共发表论文10篇,其中发表在Automatica的论文在SCI数据库中他引18次。在《自动化学报》EI期刊上发表论文2篇。申请国家发明专利2项。在Springer待出版专著1部（第一作者，已录用）。