随机布朗离散系统的故障重构和容错控制：描述系统框架

The project aims to investigate fault reconstruction and fault-tolerant control for both stochastic Brownian state-space systems and stochastic Brwonian singular systems within the framework of discrete-time stochastic descriptor system approaches. The research project is interesting but challenging, in which discrete-time fault reconstruction and fault-tolerant control for singular systems is a particularly brand new research direction. Moreover, many research subtopics in this project such as decoupling of stochastic Brownian parameter perturbation, coordinated design of multiple fault estimators, and integrated design of fault-tolerant controllers, and so forth are open problems. In this project, highly-novel, effective and integrated real-time monitoring, fault diagnosis and fault-tolerant control algorithms are to be developed, validated and demonstrated via a wind turbine test rig. The research outcomes will include around 20 quartile-one journal publications and a couple of patents. As a result, this research will advance the theory and methods of real-time fault diagnosis and fault tolerant control, and may have great potentials on improving the reliability, safety and availability of modern industrial systems. In addition, the project will much benefit the fostering of young scholars and post-graduate researchers.

本课题将在离散随机框架下，对随机布朗状态空间系统和随机布朗奇异系统的故障重构和容错控制开展系统的研究。本课题的研究在国内外都是最新的研究方向，特别是随机离散布朗奇异系统的故障重构和容错控制问题研究，完全是空白研究领域。而且，随机布朗参数摄动的解耦、多个故障估计器的协调故障重构及容错控制器的集成设计等是极具挑战的空白研究问题。本课题的研究将综合描述系统观测器理论、扰动解耦技术和扰动优化抑制技术，以提出全新、有效且完整的实时监控、诊断和容错控制算法，并构建风机实验平台开展算法的实时验证研究，为复杂工业系统实时监控和容错控制提供有效的方法和策略保障。因此本课题的研究成果将具有重要的科学意义和潜在的工业应用价值。本项目的研究成果将以20篇高水平国际权威期刊杂志论文和若干专利的形式提交。而且本项目的立项为吸引和培养优秀青年人才也有重要的意义。

现代工业系统越来越复杂且昂贵，对由于故障引发的系统运行性能的退化、产品质量的降低、维修和停机带来的经济损失等负面影响容忍度越来越低。因此，复杂工业系统对运用实时监控、故障诊断和容错控制技术来提高系统的可靠性、安全性和可用性有着越来越迫切的要求。复杂工业系统的系统动态是复杂的，如何使控制系统稳定且有满意的控制性能，而不受建模误差和随机噪声的影响是基本的控制要求。本课题集中研究受随机布朗噪声影响的动态系统的故障重构和容错控制问题，得到了一系列重要成果：1）研究了利普希茨随机布朗非线性系统和二次内有界的随机布朗非线性系统的故障诊断问题，提出了故障估计的算法，并在在电机驱动的单臂柔性机器人系统中得到了验证。2）研究了利普希茨随机布朗非线性系统和二次内有界的随机布朗非线性系统的容错控制问题，提出了容错控制算法，并分别在风机传动系统和水箱控制系统中进行了验证。3）研究了Takagi–Sugeno 模糊随机布朗系统，提出了完整的故障估计和容错控制算法，在机器人手臂和水箱控制系统中得到了验证。4）研究了离散化随机布朗系统的故障诊断和容错控制问题，给出了离散化的故障观测器和控制器的算法，在机电伺服系统中得到了验证。本课题得到的结果有重要的科学意义和应用前景。