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摘要：随着控制科学、计算机及通信技术的日益发展和交叉渗透,控制系统的结构越来越复杂,规模越来越庞大,利用数据通信网络构成闭环控制系统已成为一种发展趋势。为了避免发生网络拥塞现象并提高信息传输的准确性,引入通信调度策略来合理的分配有限的网络资源具有重要的理论和实际意义。然而,到目前为止,基于通信调度策略的研究结果很少涉及故障诊断与容错控制问题。为此,本文系统地研究了几类网络化系统在通信调度策略影响下的故障诊断与容错控制问题。本文的主要内容可以分成三个方面。第一方面主要讨论基于网络诱导现象与调度协议的故障检测问题。借助欧拉引理、Lyapunov稳定性理论及线性矩阵不等式技术,建立满足给定有限频域性能指标的充分条件,得到故障检测滤波器增益。此外,利用椭球估计技术、凸优化理论,设计基于集员滤波的分布式故障检测机制。第二方面主要致力于带有网络诱导现象和通信调度策略的离散时变系统的故障估计问题。基于倒向递推Riccati差分方程理论,提出合理的故障估计器设计方案。第三方面主要研究基于通信协议的有限时间容错控制问题。利用Lyapunov稳定性理论和随机分析技术,设计有效的基于观测器的容错控制器,保证系统的性能。具体地,本文的主要研究及贡献如下:针对在Round-Robin协议影响下的一类离散时滞系统,探讨其有限频域故障检测问题。在通信资源受限的情况下,为了避免数据冲突,在传感器与滤波器之间引入Round-Robin协议来传输数据。借助改进的广义Kalman-Yakubovich-Popov引理和Lyapunov稳定性理论,得到保证故障敏感度和扰动衰减水平的充分条件。采用类似技术,讨论带有不确定性和事件触发协议的一类离散时间系统的有限频域分布式故障检测问题。采用事件触发协议以便于减轻通信负担和延长器件的使用寿命,根据自身与邻居节点的观测信息,设计分布式故障检测滤波器。利用欧拉公式与Lyapunov稳定性理论,得到满足H/H∞性能指标的充分条件和分布式故障检测滤波器增益。研究基于Weighted Try-Once-Discard协议的分布式故障检测问题。采用Weighted Try-Once-Discard协议以便于避免数据冲突和提高信息传输的准确性。提出一种新颖的基于集员滤波的分布式故障检测方法,用来检测系统是否发生未知但有界的故障。基于此,得到两个包含所有可能真实状态的预测椭球集和更新椭球集。若两个集合之间没有交集,则表明系统发生故障。为了提高故障检测的性能,通过求解两个凸优化问题,得到一系列最优椭球。分析基于Torus事件触发协议的离散时变系统的有限时域故障估计问题。引入Torus事件触发协议来缓解通信负担。此外,考虑了信道衰减现象,该现象是由满足一定概率的随机变量进行刻画。借助于随机分析方法和配方技术,建立有限时域H∞性能指标存在的充分条件。然后,提供基于倒向递推Riccati差分方程的估计器设计方法。采用类似技术,研究在Round-Robin协议影响下,具有均匀量化和随机故障的离散时变系统的有限时域故障估计问题。为了减少数据冲突,引入Round-Robin协议来调度网络资源。其中,量化误差被描述成均匀分布的随机噪声。给出适用于带有Round-Robin协议的离散时变系统有限时域H∞性能指标的充分条件及基于倒向递推Riccati差分方程的估计器增益。研究在随机通信协议和测量删失影响下,一类离散随机参数系统的有限时间容错控制问题。其中,随机通信协议是由Markov链来描述的,用来决定具有优先权的控制器节点。此外,测量删失是通过Tobit I模型来描述的。提出一个依赖于预先给定删失阈值的性能指标,用来评价外部扰动和删失影响同时存在时容错控制器的干扰抑制水平。本章的主要目标是设计容错控制器使得闭环控制系统能同时满足随机有限时间有界和H∞性能指标。利用Lyapunov稳定性理论和随机分析技术,得到满足性能指标的充分条件。通过求解一系列线性矩阵不等式,获得容错控制器参数。
关键词：故障检测;容错控制
文章目录
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究意义
1.2 课题研究的国内外研究现状
1.2.1 通信调度机制
1.2.2 故障检测
1.2.3 故障估计
1.2.4 容错控制
1.3 本文的结构安排
第2章 基于Round-Robin协议的离散时滞系统的有限频域故障检测
2.1 引言
2.2 问题描述
2.3 周期系统H_∞性能指标的分析
2.4 基于Round-Robin协议的有限频域故障检测
2.5 故障检测滤波器的设计
2.6 仿真结果
2.7 本章小结
第3章 基于事件触发协议的线性离散系统的有限频域分布式故障检测
3.1 引言
3.2 问题描述
3.3 H__/H_∞性能指标的分析
3.4 故障检测滤波器的设计
3.5 仿真结果
3.6 本章小结
第4章 基于WTOD协议的离散时变系统的分布式故障检测
4.1 引言
4.2 问题描述
4.3 预测椭球集与测量更新椭球集的设计
4.4 两个椭球集的优化问题
4.5 仿真结果
4.5.1 最小的可检测故障
4.5.2 Round-Robin协议与WTOD协议之间故障检测效果的比较
4.6 本章小结
第5章 基于Torus事件触发协议的离散时变系统的有限时域故障估计
5.1 引言
5.2 问题描述
5.3 H_∞性能分析
5.4 H_∞故障估计器的设计
5.5 仿真结果
5.6 本章小结
第6章 基于Round-Robin协议的离散时变系统的有限时域故障估计
6.1 引言
6.2 问题描述
6.3 H_∞性能分析及估计器的设计
6.4 仿真结果
6.5 本章小结
第7章 基于随机通信协议的随机参数系统的有限时间容错控制
7.1 引言
7.2 问题描述
7.3 随机有限时间有界性分析和H_∞有界性分析
7.4 容错控制器的设计
7.5 仿真结果
7.6 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 研究展望
符号表
参考文献
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