通信091_0911002098_张强_线性系统鲁棒故障检测滤波器

南通大学毕业设计(论文)1本科毕业设计(论文)题目线性系统鲁棒故障检测滤波器的设计学生姓名：张强专业：通信工程指导教师：周磊完成日期：2013年5月31日南通大学毕业设计(论文)1诚信承诺书本人承诺：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：本论文使用授权说明本人完全了解南通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)学生签名：指导教师签名：日期：南通大学毕业设计(论文)I摘要几十年来，鲁棒故障诊断已经成为故障诊断领域中重要的研究方向之一。在考虑分析近年来国内外各领域中故障诊断技术的发展和问题处理的基础上，对于在模型匹配的LTI系统故障检测的鲁棒性问题上，选择LMI(线性矩阵不等式)的方法来进行鲁棒故障诊断的研究计算，并应用于不确定线性时不变系统、时滞、等效变换等系统的故障检测中。在LMI方法的基础上，针对系统的不确定因素，使用线性矩阵不等式的方法来设计最优的鲁棒故障诊断观测器，并从中得出残差产生器，然后通过残差评价公式计算出残差评价值，最后将残差评价值与设计的阈值进行比较来判断控制系统是否有故障发生。通常在故障诊断过程中，H∞范数用来表征残差在外界信号干扰下的鲁棒性，而H-则用于表征故障发生时检测的灵敏度。通过对残差误差的计算和分析，将多个方面的数值统一转换为H∞范数，从而将故障诊断的设计问题转变为对H∞范数的优化问题。本文考虑了具有未知输入和建模误差的不确定LTI系统基于观测器的RFDF设计问题。假设没有建模误差，通过利用最优的残差产生器作为鲁棒故障检测滤波器的参考残差模型，在此基础上，将鲁棒故障诊断滤波器设计转化为H∞模型匹配问题。同时，通过使用H∞优化的研究结果，基于线性矩阵不等式(LMI)方法得到了优化问题的解决方案。本文主要结果包括：建立了最佳参考残差模型；设计了鲁棒故障检测滤波器；建立了鲁棒故障诊断滤波器存在的充分条件及其基于LMI参数求解方法；用于故障诊断的自适应阈值计算方法。最后通过具体的数字例子说明所提出方法的有效性。关键词：故障诊断滤波器，鲁棒性，线性矩阵不等式，H∞优化，模型匹配南通大学毕业设计(论文)IIABSTRACTThefieldoffaultdiagnosisforcontrolsystemshasbecomeanimportanttopicofresearchinthecontrolcommunityoverthelastfewdecades.Recently,specialattentionhasbeenpaidtotheproblemofrobustnessoffaultdiagnosismethodsbasedonanalyticalmodelforuncertainsystems.Accordingtotheanalysisofcurrentdevelopmentsandproblemsonfaultdiagnosistechnologies,thisthesisinvestigatestheproblemofrobustfaultdiagnosisforuncertainsystemsbasedonalinearmatrixinequalityapproach.Themainworkofthismethodistoconstructanoptimalfaultdetectionobservertoacquirearesidualgenerator,andthentheevaluationvalueoftheresidualiscalculatedbyanevaluationfunction.Theobservergaincanbeobtainedbysolvingaconvexminimizationproblemwithasetoflinearmatrixinequalityconstrains.Throughcomparingtheresidualevaluationvaluewithathreshold,itiseasytojudgewhetherthereisafaultinthecontrolsystem.Infaultdetectionfield,usedH∞normtodescribetherobustnessoftheresidualagainstunknownuncertaintiesandisturbances,andtheH-indexdescribedthebestsensitivityoftheresidualtothefault.Themaincontributionsconsistedoftheformulationofthemulti-objectiveoptimizationFDproblemasaH∞normoptimizationproblembyusingtheresidualerrorinsteadofresidual.Therobustfaultdetectionfilterdesignprobleminuncertainlineartime-invariantsystemswithbothunknowninputsandmodelingerrorsisstudied.AssumingnomodelingerrorandusinganoptimalresidualgeneratoronthebasisofthemodelingerrorLTIsystem,therobustfaultdetectionfilterdesignproblemisformulatedasaH∞model-matchingproblem.Meanwhile,byusingtheH∞optimizationresults,anoptimizedsolutiontotheproblemisobtainedbythelinearmatrixinequality(LMI)method.Themainresultsofthispaperinclude:thedevelopmentofanoptimalreferenceresidualmodel;robustfaultdetectionfilterdesignproblemformulation;thederivationofasufficientconditionfortheexistenceofarobustfaultdetectionfilerandaconstructionofitbasedontheLMIsolutionparameters;thedeterminationofadaptivethresholdforfaultDiagnosis.Anillustrativedesignexampleisusedtodemonstratetheeffectivenessofthemethod.南通大学毕业设计(论文)IIIKeywords:Faultdetectionfilter,Robustness,Linearmatrixinequality(LMI),Modelmatching南通大学毕业设计(论文)IV目录摘要...............................................................IABSTRACT..............................................................II目录.................................................................................................................IV第一章绪论.........................................................11.1本课题研究的意义...................................................................................................11.2研究领域现状...........................................................................................................11.3发展趋势...................................................................................................................21.4主要工作...................................................................................................................3第二章基于LMI的鲁棒故障诊断的理论基础...............................42.1线性矩阵不等式(LMI)............................................................................................42.1.1线性矩阵不等式的定义.................................................................................42.1.2定义线性矩阵不等式的目的.........................................................................42.1.3线性矩阵不等式的优点.................................................................................52.2鲁棒故障诊断..........................................................................................................52.2.1故障诊断的基本概念.....................................................................................52.2.2故障诊断的任务.............................................................................................62.2.3故障的鲁棒性和自适应性.............................................................................62.3本章小结..................................................................................................................7第三章MATLAB的LMI工具箱基本知识应用.................................83.1线性矩阵不等式(LMI)问题与求解...............................