论文研究-网络化控制系统的故障诊断与容错控制 .pdf

所需积分/C币:15 2019-08-15 11:06:00 344KB .PDF
37
收藏 收藏
举报

网络化控制系统的故障诊断与容错控制,方华京,谢林柏,有一个或者多个回路经过公用计算机网络(例如Internet)实现闭环的控制系统称为网络化控制系统。网络化控制系统通过共享网络资源实�
巾国剩技记文在线 http://www.paper.edu.cn C1ixx+Duj yk+D12ju C2;x+D21,y:+D 其中,j为一个有限数,系统状态维数R可根据需要确定,系统矩阵A,B1,B2,C1 C2,Du,D12,D21,D2;等均为适当维数的常数矩阵,它们的值取决于对系统G的信 息调度。下标j表示信息调度方法Sc中所包含子系统的标注。由G和信息调度方法SC可 知在有通信约束情形下的网络化控制系统的故障检测模型GSc为: Xm=Axk+B,ux +Back+bu/ D=CrX,+ Dad,+ D (2) 其中,星 A. Bc B D B BI c B B1;D, Dn=D2Dn。A,B,B,B,C,D和D 分别为G和Sc的组合。系统矩阵下标k是下标i、j各种组合的统一表示形式,它表示了变 速率采样系统模型和信息调度系统的各种组合情形。若假设系统变速率采样是厝期性的(或 有限个),信息调度方法也是周期性的(或有限个),此时系统GSC也是周期性的系统(或 含有有限个子系统),不妨假设其周期就为N。为减少符号,取系统中的系统矩阵卜标与状 态变量ⅹ的下标符号一致,但系统矩阵的卜标k是周期性变化的: , B, B, B B k+M d(k+N) 1(A+M 上式中的等号表示对应位置的矩阵块相等。 根据方程(1,2),许多常用的故障诊断方法如基于观测器(卡尔曼滤波器)的方法, 等价空间方法,H优化方法等在考虑该模型周期特性后,不难扩展到适用于此类系统。 3.基于时延模型的方法 通过网络传输控制信息时常会有信息传输的时延。采用不同的內络协议会使时延只有不 冋的性质。在目前广泛应用的现场总线技术中,可以倮证离散控制时刻的确定性和定常性。 然而对基于公共数据网络(例如 Internet) 的控制系统,不可避免的需要考虑信息传输 H 系统 时延的影响。 网络信道 例如,图2所示是一种可能的网络化控 网络信道 制系统简化结构。其中,S和H分别为理想 控制器 化的采样器和保持器,τ和z分别为第k个 连续信号 采样周期内从传感器到控制器的时廷和从控 ≯离散信号 制器到执行器的时延。在通常的情形卜,可 图2网络化控制系统模型 巾国技记文在线 http://www.paper.edu.cn 以将x和za以及因计算而产生的时延一)考虑为z。 设系统G描述为 ()=A()+B(t)+Bd()+B,f( ()=C()+D4()+D/( t∈[k+x,(k+1)+r) 其中,x()∈R",u(t)∈Rm,y(t)∈R分别为系统状态,控制输入和量测输出;d(t)∈Re, ,()∈R,/(∈R分别为外部十扰输入和故障向量;A,B,B,B/,C,D和D,均为具有 相容维数的矩阵;设h是采样周期,τk表示网络产生的时延,状态反馈控制律 ( t =kx(t-t ), tekh+ip, k=0, 为简化描述,以时延τ小于一个采样片期h为例进行说明,这时问一个片期内产生作 用的控制信号最多为(k)=Kkh和u(k-1)=Kx(k-1)h)。于是有 +1)=A4(k)+B0(x)(k)+B(x(k-1)+(k)+B/() (3) y(k)=C)+D(k)+D,f,(k) 其中,x-c,B()=广e"Bb,()-cB,B=eB,B=eB,C D=D 系统(3)是一个时滞相关系统,如果能够在线测量出每个信息包的时延,并针对这类 系统模型进行改计,则可以减少控制律的保守性。在线测量时廷大小的方法中,常用的一种 是对信息包附加时间戳,这样网络节点收到数据包后可以算出该信息包到达的时延是多少 3。另外,在一定的条件下将每个采样周期内的时延设为常数,这时可得到简化的定常系统 模型。 根据式(3),在一定的网络工作状况假设下,网络化控制系统的枚障诊断问题常可转 化为一类特定的时延系统的故障诊断问题。对于不同的网终假设,通过构造相应的时延系统 状态观测器、滤波器等可以得到适用于不同假设条件下的故障诊断方法,具体方法见参考文 南16-11|。 4.基于 Takagi- Sugeno模糊模型的方法 可以使用TS模糊模型来硏究网络化控制系统。网络化控制系统实质上是一个具有随 机特性的时变时延系统。根据时延的长短不同(设最小时延在一个采样周期内,最大时延在 第n个采样周期内),可以将这个时变时延系统分解为n个子系统,并利用时延出现的概率 作为隶属度,将n个局部模型进行模糊融合,构成随机时变时延系统的仝局T-S模糊模型。 模糊规则i(=1,2,…,n):若(-1)T<z,≤iT,则 x(k+1)=Ax(k)+ Bu(k-i)+B d(k)+Brf(k) y(k)=Cx(k)+Df、(k) u(k=k,r(k) 巾国剩技记文在线 http://www.paper.edu.cn 于是网络化系统的T-S模型为 x(k+1)=∑1(x(k)+B(k-1)+Bd(k)+B1(k k)=2H(k)[Cx(k)+D/,(k k)=∑1()K1x(k) 其中:()表示出现时延乙,出现的概率A1(z)=p(x),即模型i的機率,且有: )=,(0≤4(k)≤1,i=1,2,…,n) 在一定条件下可没{1,x2…,}是马尔可夫链,于是P(x1x…x)=P(k)。当k 时刻的概率分布已知AA)=()A(6…4(),其中(k)=P(x=1)。则有以(k+1)=以(k)×T, 其中T=LPJi,j∈{1,2,…,n}是概率转移矩阵。据此,可以根据T和初始(O)来求得吋刻 的模型概率分布(k) 类似的可进一步构造网络化控制系统的T-S模型模糊观测器。设所有局部模型均状态完 全可观测,于是可有观测尜模糊规则 i(i=1,2,,n):若(-1)7<z:≤i则 (k +1=Ax(k)+ Bu(k-1)+l (y-y) y(k)=Cx(h) 其中l1为局部模型i的观测器增益 于是对应的1S模糊观测器为n个局部模型的模糊融合,其形式如下所示。 k+1)=∑(k)A()+B(k-)+L(y- (Cx(k k 根据式(1)和式(5)可以构造相应残差函数,进而可得到故障诊断算法°。 5.结束语 网络化控制系统基于数学模垩的枚障诊断问题,在建立恰当的网络化系统模型后可转化 为一类特定的时延系统故障诊断问题。同时基于这些模型也不难通过推广已有理论而建立相 应的容错控制方法,受篇所限,这里不再赘述。 参考文献 [1 Yodyium Tipsuwan, Mo-Yuen Chow, Methodologies in networked control systems [ Control Engineering practice, 2003, 11(11):1099-11l1 [2] Wei Zhang, Stability Analysis of Networked Control Systems[D], Ph D. Dissertation Case Western Reserve University, United States, 2001 [3] Johan Nilsson, Real-time Control Systems with Delays [D]. Ph. D. Dissertation. Lund Institute of Technology 巾国剩技记文在线 http://www.paper.edu.cn Sweden 998 [4] Kazuo Tanaka, Hua O wang, Fuzzy Control Systems Design and Analysis, A Linear Matrix Inequality pproach [M, New York, ohn wiley sons, Inc. 200 [5 Yu Zhixun, Chen Huitang, Wang Yuejuan, Research on Control of Network System with Markov delay Characteristic[C], Proceedings of the 3rd World Congress on Intelligent Control and Automation, China, Science press. 2000. 3636-3640 [6] Zheng Ying, Fang Hua-Jing, Wang Hua, Xie Lin-Bo. Fault detection approach for networked control system based on a memory less reduced-order observer ACTA AUTOMATICA SINICA, 2003, 29(4),559-566 [7] Linbo Xie, Huajing Fang, Ying Zheng, Guaranteed cost control for networked control systems [] Journal of Control Theory and Applications, 2004, 21(2): 143-148 [8 Zheng Y ing, Fang Hua-jing, Wang Hua, Li Li Observer-based FDi design of networked control system with output transfer delay, Control Theory and Applications, 2003, 20(5): 653-663 [9] Ying Zheng, Huajing Fang, Hua. O Wang, Kalman Filter based Fault Detection of Networked Control System [C]. Proceedings of the 4th World Congress on Intelligent Control and Automation, China, Hang Zhou, 2004.1330-1333 [I叮]郑英,网络化搾制系统的故障诊断与窣错控制[D],华中科技大学博士论文,203 [I门]谢林柏,网络化控制系统中若干问题的硏究[D],华中科技大学博士论文,2004 Fault Diagnosis and Fault-tolerant Control for Networked Control System FANG Hua-jing, XIE Lin-bo, ZHENG Ying Dept of Control Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074 China Abstract When some control loops are closed via data network such as Internet is labeled as Networked Control System (NCS). While NCs offers many advantages over traditional control system architectures, a number of difficulties limiting the performance and reliability of NCS arise. We need to extend the traditional control theory to these kinds of asynchronous packet-based control systems Fault diagnosis and fault-tolerant control are very important issues for practical control systems, particularly in safety-critical systems. The designer of fault diagnosis and fault-tolerant control algorithm should take the limitations of NCS, such as network-induced time delay and data packet dropouts, into design consideration. This paper summarizes the basic ideas of our research works on fault diagnosis and fault-tolerant control for Ncs briefly Keywords: Networked control system, fault diagnosis and fault-tolerant control, time-delay systems

...展开详情
试读 6P 论文研究-网络化控制系统的故障诊断与容错控制 .pdf
立即下载 低至0.43元/次 身份认证VIP会员低至7折
一个资源只可评论一次,评论内容不能少于5个字
您会向同学/朋友/同事推荐我们的CSDN下载吗?
谢谢参与!您的真实评价是我们改进的动力~
关注 私信
上传资源赚钱or赚积分
最新推荐
论文研究-网络化控制系统的故障诊断与容错控制 .pdf 15积分/C币 立即下载
1/6
论文研究-网络化控制系统的故障诊断与容错控制 .pdf第1页
论文研究-网络化控制系统的故障诊断与容错控制 .pdf第2页

试读结束, 可继续阅读

15积分/C币 立即下载 >