考虑三源因素的退化控制系统的剩余使用寿命预测

在现代工业控制系统中，随着系统长时间运行，其组件性能不可避免地会发生退化，这最终可能导致系统故障。控制系统与单一组件系统不同，尽管内部组件的结构参数发生退化，但由于闭环反馈的特殊结构，其输出仍然能够满足参考输出，这就导致了内部退化难以检测，表现出隐藏退化的特征。现有的文献中，对于在闭环反馈控制下控制系统的剩余使用寿命（RUL）预测的研究较少，尤其是考虑到闭环反馈控制下隐藏退化过程的研究。 本文提出了一种基于解析模型的RUL预测方法，该方法是针对只考虑执行器退化的确定性闭环控制系统。此外，与单一组件系统相比，控制系统的可靠性受更多因素影响。本文考虑了三类因素：控制限制、退化模型和随机扰动，这些因素对系统的可靠性都有直接或间接的影响。然后，这些因素被分别抽象成系统模型中的相应参数，便于讨论它们对RUL预测结果的具体影响。 通过模拟惯性平台中的稳定回路控制系统的结果表明，相应的RUL预测方法是有效且可行的。文章介绍部分指出，由于环境和工作负载、材料老化以及其他因素，系统的性能必将退化。系统的性能退化最终将导致故障，这将对经济、环境和其他方面造成重大损失。 为了预测退化控制系统的剩余使用寿命，本文提出了一种基于解析模型的方法，其中特别考虑了执行器退化的情况。在系统建模时，需要引入三源因素，它们是控制限制、退化模型和随机扰动。控制限制涉及到控制系统的操作范围和限制条件，例如能耗限制、控制力矩限制等；退化模型描述了系统组件随时间的退化行为，比如执行器的性能下降趋势；随机扰动则是指系统在运行过程中受到的不可预测和不可控的随机影响，比如温度波动、电网电压不稳定等因素。 为了将这些三源因素抽象为模型参数，可以使用参数估计技术来量化它们在不同系统运行条件下的影响。在系统模型中，这些参数将用于反映控制限制对系统可靠性的影响，退化模型对预测未来系统行为的作用，以及随机扰动对系统性能的随机影响。 在建模过程中，粒子滤波器（Particle Filter）作为一种重要的随机过程模型工具，可用于处理系统中的非线性问题和滤除噪声，从而提高预测的准确性。粒子滤波器的工作原理是通过一组随机样本（称为粒子）表示概率分布，并利用这些粒子对系统的状态进行估计。 文章还提到了控制系统的可靠性问题，这是由于影响控制系统的因素众多且复杂。文章所涉及的控制系统的可靠性是一个系统性的概念，它涵盖了系统从设计、制造、安装到维护等多个环节，每一个环节的质量和性能都会直接影响到整个系统的可靠性。 通过文章介绍部分的描述，可以看出，预测退化控制系统的剩余使用寿命是一个复杂的过程，需要综合考虑多种影响因素，并且采用合适的建模和分析方法。本文提出的基于解析模型的RUL预测方法，结合了三源因素对控制系统可靠性的影响，并通过模拟实验验证了该方法的有效性和可行性。这为控制系统特别是闭环控制系统在工程实际中进行剩余使用寿命预测提供了新的思路和方法。