基于滑模-模糊逻辑系统的故障检测及容错控制_

基于滑模-模糊逻辑系统的故障检测及容错控制
   王月，佟绍成
   （辽宁工业大学数理科学系，辽宁锦州121001）
   摘要：针对一类单输入单输出非线性不确定系统，提出了一种基于滑模－模糊逻辑系统的故障检测的方法。其中，利用模糊逻辑系统对被控对象中的未知函数进行逼近，用相同方法对故障项进行逼近；设计滑模观测器进行故障检测和诊断，然后基于Lyapunov函数综合设计方法对系统进行稳定性分析；当故障被检测出后，为保证系统稳定性重组控制器，设计控制器，实现容错控制。仿真结果验证了该方法的有效性。
   关键词：故障检测；模糊逻辑系统；滑模；容错控制
   中图分类号：N941文献标识码：A文章编号：1005-1090(2008)01-0017-07
   随着现代化设备的日趋大型化、复杂化、自动化和连续化，机械设备的故障诊断及容错控制技术越来越受到重视。如果一台机械设备在出现故障征兆时没被及时发现，那么故障发生后，轻则停工停产经济受到损失，重则发生重大事故，后果不堪设想。为此故障诊断及容错控制技术的出现能及时排除隐患，对于现代企业来说，具有重大的经济意义[1]。模糊逻辑系统已经成为构造复杂非线性过程数学模型最具吸引力的工具。基于滑模的故障检测方法在文献[2,3]中有所体现，它主要研究了利用滑模-神经网络观测器进行故障诊断的方法；没有在诊断基础上研究容错控制。文献[4,5]针对非线性系统研究了基于自适应神经网络进行故障诊断的方法。本文将在此基础上，在对系统进行诊断的同时，将设计控制器，使发生故障后的系统实现容错。本文针对单输入单输出的非线性系统，提出一种基于模糊逻辑基函数在线逼近函数并结合滑模的故障检测方法，通过跟踪误差信号是否在规定的滑动区内来判断是否发生故障，并在此检测基础上研究了容错控制。然后基于Lyapunov函数综合设计方法对系统进行稳定性分析；仿真结果验证了该方法的有效性。
   1  被控对象模型及控制问题的描述
   考虑如下的n阶非线性系统

   2  容错控制
   容错控制策略需要实现下述目的：
   (1)在正常运行情况下，常规控制器使得存在不确定项的非线性系统鲁棒状态稳定。
   (2)当故障发生，常规控制器仍能保证该系统故障被检测出来之前所有变量有界。
   (3)一旦故障被检测出来后，重构的容错控制器能补偿故障对系统的影响，即容错控制器分离出系统的故障信息，从而使系统在即使故障存在的情况下也能恢复状态稳定。

4 结论
本文将滑模，模糊逻辑系统及控制理论相结合，用于一类单输入单输出非线性不确定系统的故障诊断及容错控制。利用模糊逻辑系统对被控对象中的未知函数进行逼近包括对故障项的逼近；设计滑模观测器进行故障检测和诊断，当系统无故障时，滑模观测器的估计误差保持在滑模边界层内。一旦出现故障，实际系统与估计模型之间的偏差将超过匹配范围，滑动模型停止。然后基于Lyapunov函数综合设计方法对系统进行稳定性分析；当故障被检测出后，设计控制器，实现容错控制。仿真结果验证了该方法的有效性。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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