不确定仿射T-S模糊大系统的分散故障诊断研究

Since the scale and complexity of modern control systems is increasing dramatically, more requirements are proposed for system security and reliability, which attracts more attention to the fault diagnosis (FD) problems for large-scale systems. At present, most of the FD researchers focus their attention on linear large-scale systems or nonlinear large-scale systems with special forms, while limited work has been done on the nonlinear large-scale systems with external disturbances, uncertainties and signal quantization. This project aims to investigate the FD problem for a class of nonlinear large-scale systems with external disturbances and modeling uncertainties. Firstly, combining the fuzzy control technology, the nonlinear systems are modeled as affine T-S fuzzy large-scale systems with unknown interconnections. Then, in order to promote security and reliability of the nonlinear systems, more attention will be paid on the decentralized FD problem with the subsystem internal faults, where decentralized observers are constructed in known/unknown membership functions and/or signal quantization situations, considering the interactions among subsystems. Last but not the least, the proposed FD methods will be implemented on the relevant semi-physical simulation platforms to evaluate the effectiveness. This research plays an important role in the development of FD theory for nonlinear large-scale systems.

随着现代控制系统规模和复杂程度的不断增加，人们对于系统安全性和可靠性的要求越来越高，针对大系统的故障诊断问题研究备受关注。现有文献对于大系统的故障诊断研究主要集中于线性大系统和具有特殊形式的非线性大系统方面，而对于存在外部干扰、不确定性以及信号量化的非线性大系统故障诊断的研究非常缺乏。本项目旨在研究一类含有外部干扰以及模型不确定性的非线性大系统的故障诊断问题。首先，结合模糊控制技术，将系统建模为互联项未知的仿射T-S模糊大系统；其次，针对子系统自身运行故障，在充分考虑子系统间相互作用的基础上，分别研究系统隶属度函数已知、未知及存在信号量化时的基于分散观测器的故障诊断问题，有效地对各子系统故障进行更为准确的区分与定位，提高非线性大系统的安全性和可靠性；最后，将本项目所提出的故障诊断方法在半实物仿真平台上进行仿真，以验证其有效性。本项目的开展对于非线性大系统故障诊断理论的发展具有重要的意义。

本项目研究含有外部干扰及模型不确定非线性大系统的故障诊断问题。首先，结合模糊控制技术，针对带有量化的仿射T-S模糊大系统的分散故障检测问题进行研究。在充分考虑子系统间相互作用的基础上，同时考虑量化误差对前提参数的影响，提出了一个新颖的分散故障检测器设计方法。在此研究基础上，基于切换技术和线性矩阵不等式技术，本项目研究了一类隶属度函数未知的T-S模糊互联系统的分散故障检测问题。一方面，利用未知隶属度函数的上下界信息，结合切换机制设计出具有变增益的H∞滤波器。另一方面，通过引入切换机制来处理未知的隶属度函数，改进了已有线性故障检测滤波器的设计技术。此外，考虑到随着网络通信技术的发展，网络传输的数据量越来越大的特点，本项目研究了基于事件触发的T-S模糊系统鲁棒控制问题。考虑到在事件触发机制下，模糊模型的前件变量和与控制器的前件变量是不同步的，由此导致系统和控制器不能同时在同一区域运行。为了解决这个问题，本项目提出了一个新的事件触发机制，通过使用S过程技术，将不匹配区域信息用于控制器设计，降低了设计保守性。进而，研究了一类带有执行器卡死、中断以及部分失效故障的T-S模糊大系统容错控制问题。在假设每个局部子系统都拥有共同的输入矩阵的前提下，结合矩阵列满秩分解技术，设计了一个滑模控制器来补偿执行器故障以及互联项。该项目的研究对于提高非线性大系统的安全性和可靠性具有重要意义。