【正文】 (5)運用 SimulinkMa tlab/ 軟件對檢測模型進行仿真。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 29 圖 噪聲和正弦信號 圖 正弦干擾檢測信號 從圖 和圖 與圖 和圖 中，發(fā)現(xiàn)基于觀測器的倒立擺最優(yōu)故障檢測的模型設(shè)計是成功的，此設(shè)計模型能對噪聲和故障信號進行有效識別，并作南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 30 出正確檢測。 階躍干擾 信號設(shè) 置為 ： 20:Steptime ， 5:ueInitialval ， 1:Finaltime ，0:Sampletime ， Ttf ]5555[)( ? 。菜單方式對于交互工作非常方便，而命令行方式對于運行一大類仿真非常有用。在Simulink 環(huán)境中，利用鼠標(biāo)就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進行仿真。所以采用極點配置法，得到穩(wěn)定的模型。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 19 LCF 的一般模型 加強采用科學(xué)的因式分解， 得到一個低的 LCF 模型公式 ()。一個通過傳送帶 (圖 中第南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 4 部分 )與控制小車運動的傳動輪 (圖 中第 3 部分 )。線性本質(zhì)與多級倒立擺的本質(zhì)的差別的局限性具有不可調(diào)和性 , 因而需采用更為合理的方法。 )()())()()()(()( 11 sfsGLLCAsIVsdLFELCAsICVsr fdd ?? ??????? () )()()( 1 sGsMsG dud ??? ? 起著關(guān)鍵的作用。為了證明這個結(jié)論，同 時考慮公式 I 和公式 II 與公式 ( ba、 )和公式 ( ba、 )。 .2A 狀態(tài)空間 )(sGd 是由 ),( dd FCEA 實現(xiàn)的 .3A ???????ddFC EIjA ? ，所有的 ?行滿秩。 ))((s u p ??? jGG ?? ? 依據(jù) ?H 范數(shù)定義，采用))(( ?? jG? 作為矩陣 )(?jG 的最大奇異值。 殘差產(chǎn)生器 基于觀測器的殘差系統(tǒng)是由故障檢測殘差產(chǎn)生器和殘留評估階段組成，包括評價函數(shù)的閾值。 現(xiàn)在的問題是： ][A 、 ][B 哪一個是最好的或者 ][A 、 ][B 哪一個更可用于實際情況。第五章結(jié)論和展望。 本論文的結(jié)構(gòu)安排：第一章緒論。 故障檢測的方法有很多，包括基于模型解析冗余方法 (主要有故障檢測濾波器法、等價空間法、參數(shù)識別法等 )、基于知識方法和數(shù)據(jù)驅(qū)動方法等。 故障檢測方法研究的現(xiàn)狀 故障的定義具有外延性，其狹義定義：系統(tǒng)中至少出現(xiàn)一個具有重要意義的變量或者關(guān)鍵的性能指數(shù)，偏離正常的工作范圍的軌道；其廣義定義：動態(tài)控制系統(tǒng)出現(xiàn)失?，F(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)期望的特性無法顯現(xiàn)。最近一些年，盡管各種類型的新式倒立擺問世不斷，但是具有自主研發(fā)并生產(chǎn)能力倒立擺裝置的廠家屈指可數(shù)。 意義及主要應(yīng)用 倒立擺系統(tǒng)是一個典型的多變量、非線性、強耦合和快速運動的高階不穩(wěn)定系統(tǒng)，其種類很多，包括懸掛式倒立擺、平行倒立擺、環(huán)形倒立擺、平面倒立 擺。進一步的，在得出開環(huán)系統(tǒng)模型之后，由于系統(tǒng)不穩(wěn)定性，所以采用極點配置方法來進行閉環(huán)反饋控制。最 后，搭建閉環(huán)仿真模型，確定模型的正確性和準(zhǔn)確性，實現(xiàn)基于觀測器的倒立擺系統(tǒng)的最優(yōu)故障檢測的目的。由于倒立擺系統(tǒng)與雙足機器人，火箭飛行檢測和各類伺服系統(tǒng)有很大相似性，因南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 此對倒立擺檢測機理的研究具有重要的理論和實踐意義。目前，國內(nèi)各大高?；旧隙际褂糜上愀酃谈吖竞图幽么?Quanser 公司的產(chǎn)品；還有其它一些生產(chǎn)廠家： (韓國 )奧格斯科技發(fā)展有限公司、保定航 空技術(shù)實業(yè)有限公司；近期，鄭州微納科技有限公司研制的微納科技直線電機倒立擺的獲得成功。依據(jù)不同的故障類型的分類原則，可分為加性故障和乘性 故障；可分為主要元件故障、傳感器故障和執(zhí)行器故障；可突變故障和漸變故障等。本論文圍繞基于狀態(tài)觀測器的最優(yōu)故障檢測方法展開說明。簡要介紹 課題背景和意義，以及主要應(yīng)用。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 第二章 最優(yōu)故障檢測方法 故障靈敏度 在現(xiàn)實生產(chǎn)生活中，魯棒性問題的研究在過程控制中發(fā)揮重要作用。 優(yōu)化：為了解決上述的問題，許多不同的數(shù)學(xué)工具和工程工具已經(jīng)開發(fā)出來。本節(jié)闡述整個系統(tǒng)其他部分的構(gòu)建。 引入符號 ))((in fm in ??? jGG ???? () 其中 ))(( ?? jG?表示最小非零奇異值矩陣 )(?jG ，且 ? 的頻率范圍在0))(( ?? ?? jG 。 定理 1 由于系統(tǒng)公式 ()滿足假設(shè) 1A 、 2A 、 3A ，所以 )()( 1 sGsR do?? () 解決該優(yōu)化問題 I ????????????????? )()(1)()()()()()()()()()(m i n111sGsGsGsGsGsGsGsMsRsGsMsRfdofdoddofuduRHR () II m i n1m i n11m i n)()(1)()()()()()()()()()(m i nsGsGsGsGsGsGsGsMsRsGsMsRfdofdoddofuduRHR ?????????????? () 此外，標(biāo)準(zhǔn)的解決方案由下式給出 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 ????)( )()( 11sG sGsR dodon () 方程公式 ()解決了公式 ( ba、 )和公式 ( ba、 )的優(yōu)化問題 。 依據(jù)定理 1，定理 2 和推論 1，可以有下面的證明。下面是一個引理，此引理提供了一個特定的分解，同時提供了一個互質(zhì)分解。預(yù)測檢測、變結(jié)構(gòu)檢測和自適應(yīng)檢測在理論上具有較好的檢測效果 , 但是由于檢測方法復(fù)雜、成本高、不易在快速變化的系統(tǒng)上實時應(yīng)用 , 所以目前主要應(yīng)用在仿真實驗中。一個由受瞬時電流控制的直流電機 (圖 中第 2 部分 )控制的主動輪，當(dāng)傳遞一個轉(zhuǎn)矩比例瞬時控制電壓su 轉(zhuǎn)動輪就進行加速的運動。此公式源自黎曼公式，其用途是為了解釋 LCF 的公式 ()所謂的觀察獲得矩陣 L ，以此來確定 A LC? 的穩(wěn)定性。 先前有 )()()()()(. tfEtdEtButAxtx fd ???? () )()()()()( tfFtdFtDutCxty fd ???? () 采用極點配置，令 )()( tkxtu ?? 則為 )()()()()(. tfEtdEtxBkAtx fd ???? () )()()()()( tfFtdFtxDkCty fd ???? () 從而可得 )()()())()(()(39。它為用戶提供了方框圖進行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。采用 Scope 模塊和其他的畫圖模塊，在仿真進行的同時，就可觀看到仿真結(jié)果。 正弦干擾信號設(shè)置為： 0:Bias ， :s e c )/(radF requ enc ey ， 0:Phase ，5:Amplitude ， 0:Sampletime ， Ttf ]5555[)( ? 。檢測不僅具有正確性，而且對故障型號的追蹤也是十分有效的。 控制系統(tǒng)自動化程度的不斷提高必然給故障檢測問題帶來新的挑戰(zhàn)，依靠單一的故障檢測方法已經(jīng)不可能實現(xiàn)故障的實時有效 檢測，因此，有必要結(jié)合多種故障檢測和檢測方法。 (4)確定行之有效的單級倒立擺檢測模型。圖 為檢測正弦干擾信號的波形。倒立擺故障檢測模型相關(guān)配套數(shù)據(jù)，如下： ??????????????????1 3 6 7 4 0 0 8 1 4 2 8 6 10000A ，??????????????0003 0 0001 3 4 00000000B ，?????????????1000010000100001C ， ? ?Ts 2520xx10 ????? 噪聲信 號 )(td 為 4*1 矩陣，設(shè)置為 ]0 0 [:Noisepower， :Sampletime ，]23341[:Seed ， Ttd ][)( ? 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 26 干擾信號 )(tf 為 4*1 矩陣，干擾信號為兩個：一個干擾信號為階躍信號，另一個干擾信號為正弦信號。在定義完一個模型后，用戶可以通過 Simulink 的菜單或 Matlab 的命令窗口鍵入命令來對它進行仿真。 Simulink 簡介 Simulink 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。 觀測器 具體觀測器如下： )(00..?????????????????????????????????xCyLBdxEAxxud () 其中為 ?x 和 ?d 為 x 和 d 各自的導(dǎo)出量， 干擾補償?shù)臓顟B(tài)反饋控制器 一個具有干擾補償?shù)臓顟B(tài)反饋控制器如下： ?VdxKu ???? ?? () 其中觀測器的增益為 L ，反饋器的增益為 K 和前置濾波器的增益為 V 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 22 126 .9 9 8 3 0 .0 0 2 5 1 .9 5 4 4 0 .2 5 5 2 1 3 .7 5 2 3 1 3 .2 4 7 4 0 .4 0 2 7 0 .0 1 9 2 1 1 .9 9 8 13 .5 6 0 2 6 4 .3 4 9 0 1 5 8 .1 1 1 30 .4 5 9 6 0 .2 5 8 6 7 .7 1 6 4LLL???????????????? ]4 8 1 6 0 1 5 0 0 [ ??K ??V 完整系統(tǒng)動力表示為 ...1 1 1.2 2 200= 0 + 0 + 0 ( F )0 0 1 0 Fdfx d x f fdfdx A BK BK E x B Ee A L C E e d V L E L fL C e L Le?????? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????? () = + + fy Cx F? () 極點配置 通過上述的方法，建立起的 故障檢測模型，是不穩(wěn)定的。 線性模型公式 ()滿足下列可行的條件為： 20FN? ； ? ； 10?? 。一個通過軸固定在小車上的連接著的圓柱重物(圖 中第 7 部分 )的鋁質(zhì)桿 (圖 中第 9 部分 )。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 第三章 倒立擺故障檢測系統(tǒng)建模 倒立擺系統(tǒng) 倒立擺作為 一個被控對象具有非線性 , 所以，以線性模型來研究非線性系統(tǒng)，在本質(zhì)上就是不現(xiàn)實的 , 而且時至今日也未曾見到以二級以上系統(tǒng)通過線性方法實現(xiàn)成功檢測二級的報道。 基于狀態(tài)空間的故障檢測濾波器