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《基于迭代學(xué)習(xí)策略的故障估計方法研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、基于迭代學(xué)習(xí)策略的故障估計方法研究重慶大學(xué)博士學(xué)位論文學(xué)生姓名：馮莉指導(dǎo)教師：柴毅教授專業(yè)：控制理論與控制工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)自動化學(xué)院二O一七年十月FaultEstimationDesignBasedonIterativeLearningSchemeAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByFengLiSupervisedbyProf.Ch
2、aiYiSpecialty：ControlTheoryandControlEngineeringCollegeofAutomationofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOct.2017中文摘要摘要隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的高度復(fù)雜化，工業(yè)生產(chǎn)過程和系統(tǒng)的高可靠及高安全需求，使得故障估計相關(guān)研究工作受到研究人員的持續(xù)關(guān)注。大多數(shù)的工業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)采用批次往復(fù)式，重復(fù)執(zhí)行同一項任務(wù)，這類工業(yè)系統(tǒng)在執(zhí)行相同任務(wù)時，初始狀態(tài)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都保持不變。而現(xiàn)有的經(jīng)典故障估計算法針對具有重復(fù)運行特性的系統(tǒng)
3、，不能達到良好的跟蹤估計效果。同時，重復(fù)系統(tǒng)長時間運行，不可避免的受到環(huán)境因素和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化的影響，帶來狀態(tài)延時、參數(shù)不確定性、以及重復(fù)周期隨機變化等問題，嚴(yán)重影響系統(tǒng)故障估計結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，需要深入分析重復(fù)系統(tǒng)中故障的特性及其對系統(tǒng)運行性能的影響，研究具有學(xué)習(xí)能力的故障估計算法。論文提出了基于迭代學(xué)習(xí)策略的故障估計算法，開展重復(fù)運動系統(tǒng)故障信號估計和重構(gòu)的研究。首先基于狀態(tài)觀測器設(shè)計有效估計系統(tǒng)狀態(tài)和輸出，建立誤差增廣系統(tǒng)，通過李雅普諾夫方程分析其穩(wěn)定性條件；然后提出基于迭代學(xué)習(xí)策略的故障估計算法，通過優(yōu)化目標(biāo)函
4、數(shù)設(shè)計證明其收斂性；最后通過LMI理論和l-范數(shù)定理對所提出的算法的增益矩陣進行求解，并通過Matlab仿真驗證算例說明算法的有效性和準(zhǔn)確性。針對具有重復(fù)運行性質(zhì)的系統(tǒng)中執(zhí)行器故障估計，在隨機噪聲的影響下分別考慮線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，提出了基于迭代學(xué)習(xí)策略的故障估計算法。在運行周期內(nèi)，設(shè)計狀態(tài)觀測器對系統(tǒng)狀態(tài)和輸出進行重構(gòu)，并通過李雅普諾夫穩(wěn)定性理論對殘差系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行約束。在不同的迭代周期中，對于帶有隨機噪聲的線性系統(tǒng)，提出帶有雙調(diào)節(jié)因子的優(yōu)化函數(shù)，對故障估計誤差的收斂性和噪聲下系統(tǒng)的魯棒性進行約束；對于帶有Lip
5、schitz非線性項的非線性系統(tǒng)，設(shè)計單調(diào)節(jié)因子的優(yōu)化函數(shù)，證明故障估計誤差的單調(diào)收斂性。數(shù)值仿真說明了該方法在噪聲或者非線性情況下，能夠在有限次迭代內(nèi)準(zhǔn)確跟蹤估計出重復(fù)系統(tǒng)故障信號。針對P型迭代學(xué)習(xí)故障估計算法在延時系統(tǒng)中存在延時和估計超調(diào)的問題，基于狀態(tài)延時項，提出具有學(xué)習(xí)能力的故障估計算法?？紤]狀態(tài)延時對重構(gòu)和估計結(jié)果的影響，一方面在狀態(tài)觀測器的設(shè)計中考慮延時估計項，從而解決延時引起的系統(tǒng)狀態(tài)和輸出的重構(gòu)延時；另一方面在故障估計器的設(shè)計中，引入狀態(tài)延時誤差項，從而消除延時對故障估計結(jié)果的影響。實現(xiàn)對系統(tǒng)故障信號的
6、準(zhǔn)確跟蹤和估計。對于P型迭代學(xué)習(xí)故障估計律引起的估計超調(diào)誤差問題，考慮狀態(tài)誤差倒數(shù)項，將其改進為PD型故障估計算法，在保證故障估計快速性的前提下，提高故障估計結(jié)果的準(zhǔn)確性。I重慶大學(xué)博士學(xué)位論文針對基于自適應(yīng)觀測器的故障估計算法不能準(zhǔn)確估計不確定系統(tǒng)的間歇性故障，提出基于迭代學(xué)習(xí)觀測器的故障估計算法?？紤]系統(tǒng)的重復(fù)運行特性和間歇性故障的切換特性，分別利用時間域中的重構(gòu)誤差和迭代域中的估計誤差，提出迭代學(xué)習(xí)故障估計算法。在李雅普諾夫方程的設(shè)計中，同時考慮誤差增廣系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實際運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小不確定性對系統(tǒng)狀態(tài)和
7、輸出重構(gòu)結(jié)果的影響；通過帶有魯棒因子和迭代因子的優(yōu)化方程，證明所提出故障估計算法的收斂性。與傳統(tǒng)的基于自適應(yīng)觀測器故障估計算法相比，所提出的算法考慮了系統(tǒng)的重復(fù)運行性質(zhì)，將故障估計算法由簡單的時域擴展到了時域和迭代域平面中，并沿著不同的方向?qū)ζ浞€(wěn)定性和收斂性進行了證明。針對不同迭代周期隨機變化的重復(fù)運行系統(tǒng)，考慮潛在的信息缺失和冗余的影響，通過引入一個均值算子對隨機變化周期引起的信息變化進行約束，提出包含系統(tǒng)迭代域修正誤差和系統(tǒng)時間域重構(gòu)誤差的的迭代學(xué)習(xí)故障估計算法。在線性系統(tǒng)故障估計中，考慮均值算子的故障估計算法，由
8、于均值算子長度的選擇不同，最終估計誤差會收斂到一定的范圍內(nèi)，出現(xiàn)故障估計誤差振蕩現(xiàn)象。在非線性系統(tǒng)中，為消除均值算子長度的影響，引入遺忘因子改進所提出故障估計算法，從而在有限次重復(fù)運行周期內(nèi)，所提出算法的故障估計誤差收斂。通過優(yōu)化算法和范數(shù)理論，證明所提出算法的收斂性。在上述理論分析和計算的基礎(chǔ)上，針對性的做了仿真驗證算例；并與相
