采样数据系统的故障诊断与容错控制一体化设计

采样数据系统是现代工业过程中最广泛使用的系统。由于其特有的混杂性、内采样信息的未知性、采样模式的多样性等因素，增加了该类系统故障诊断特别是故障估计的困难，这也使得难以设计出比较有效的容错控制器；另外随着系统向复杂大型化发展，网络或计算资源的有限性使得传统预先设定采样或控制周期的保守方法越发难以适应。为此，拟开展综合自适应采样、故障诊断与自触发容错的一体化设计研究：1)在各类采样模式下，建立相应的基于离散数据对故障实现有效估计的算法，基于此研究故障估计与快速率故障调节最优集成设计；2)分析控制更新速率与容错性能间的动态关系，建立指定容错性能指标下的控制率自触发机制；3)建立采样周期与故障估计和容错性能之间的实时约束关系，开展面向故障估计与容错性能驱动的自适应采样机制研究；4)探讨在资源约束下综合自适应采样、故障估计与自触发故障调节的一体化设计方案。上述主要成果在风力机故障模拟系统上进行验证。

采样数据系统是现代工业过程中最被广泛使用的系统。由于其特有的混杂性、内采样信息的未知性、采样模式的多样性等因素，增加了该类系统故障诊断的困难，进而难以设计出比较有效的容错控制器；另外随着系统向复杂大型化发展，网络或计算资源的有限性使得传统预先设定采样或控制周期的保守方法越发难以适应。为此，开展了综合事件触发采样、故障诊断与容错控制的一体化设计研究。具体内容如下： 1) 针对一类随机多速率采样系统，提出基于多速率动态Kalman滤波的残差生成和评估方案；从子空间辨识角度研究了基于非均匀采样数据驱动的快速率故障检测直接设计方法；基于几何空间理论研究了多传感器采样系统的故障隔离问题。2) 基于输出时滞技术建立非均匀采样数据系统的故障估计设计方案，并发展一种迭代设计方案来权衡故障估计速度和系统鲁棒性；设计非均匀采样数据状态反馈容错控制器来保障故障系统稳定，并借助于不等式技术抑制了时变故障内采样特性对系统性能带来的不利因素。3)研究了网络控制系统的被动和主动容错控制。提出基于丢包概率分布的Lyapunov泛函的随机可靠控制器设计方案；分析现有基于自适应技术不适用于网络控制系统的原因，提出能同时适用于定常和时变故障估计与调节设计的统一方案。4)提出基于事件触发采样的动态系统故障估计方案，应用LMI技术给出了该采样机制下误差系统鲁棒稳定的充分条件和故障估计器的设计参数，在连续自适应故障估计和调节的基础上，通过定义Lyapunov函数衰减条件并结合迭代技术发展出一种无需硬件检测装置的自触发采样机制，从而建立了自触发采样、故障估计与调节的集成设计方案。所提方法在典型采样数据控制系统的基准实例进行了仿真验证测试工作。相关成果共发表学术论文18篇，其中SCI收录6篇。