【正文】 免失效的發(fā)生。 第三章倒立擺 故障檢測建模，針對倒立擺故障檢測模型的建立，做了一系列的工作。 d 是未知量， 滿足 dd ??2 。此研究主要集中于公式 ( ba、 )的優(yōu)化問題 ，因?yàn)楣? ba、 )實(shí)際上是一個(gè)衍生方程。設(shè) )()( 1 sGsR fo?? ，所以得 ??????? )()()()()()(1 sGsGsGsRsGsRdofofd 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 ?????? )()()()()()(1m i nsGsGsGsRsGsRdofofd () 其中任意 ??RHsQ )( ???? ? )()()()()()( 1m i n1 sGsGsQsGsGsQ dofodofo () 因此 ?????????????)()()( )()()(m i n)()()()(m i n 1m i n1)(m i n)(sGsGsQ sGsGsQsGsRsGsRdofodofoRHsQfdRHsR () 這表示 )()( 1 sGsR fo?? 可以解決公式 ( ba、 )的優(yōu)化問題。在下圖 中是一個(gè)主要用來簡要介紹論述的試驗(yàn)擺 100LIP 系統(tǒng)?？紤]到這一點(diǎn)，模型公式 ()擴(kuò)展為 dEEuBBxAAx d )()()(. ????????? ???Cxy () ? ? ? ?A B E E t G H H? ? ? ? ? ?????????????10010000E ， ?????? ????????444342343332)( aaa aaat ，???????????100001000010G ，???????????00H ))(( ??? t? 模擬故障 將附加的傳感器 的故障和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障都考慮在內(nèi)。 用 Simulink 創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。圖 為檢測階躍干擾信號的波形。因此針對不可構(gòu)建不確定性系統(tǒng)的最優(yōu)故障檢測無論是在理論。圖 為檢測正弦干擾信號的波形。在定義完一個(gè)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(jìn)行仿真。 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(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)反饋控制器 一個(gè)具有干擾補(bǔ)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(jì) (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(dòng)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(diǎn)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。一個(gè)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 )。 基于狀態(tài)空間的故障檢測濾波器 故障檢測濾波器的動(dòng)態(tài)方程 ))()(()()()(. tytyLtButxAtx ??? ???? () ))()()(())()(()( tDutxCtyVtytyVtr ????? ?? () 其動(dòng)態(tài)是基于 ),()( ddd FCEAsG ? 的假設(shè)。 作出如下假設(shè)： .1A ),( AC 是檢測的值。 至此，一個(gè)描述故障檢測模型的前期工作完成了，此模型 是一個(gè)極好解決的干擾解耦問題的成果。第四章是對模型的仿真，利用 SimulinkMa tlab/搭建模型，并得到仿真結(jié)果。判別故障檢測系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要有：故障檢測的及時(shí)性、故障檢測的靈敏度、故障的誤報(bào)率和漏報(bào)率和故障檢測系統(tǒng)的魯棒性等。 倒立擺系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 現(xiàn)如今一系列關(guān) 于倒立擺的研究主要集中在亞洲，如中國的北京師范大學(xué)、等；韓國的釜山大學(xué)等，此外，俄羅斯的圣彼得堡大學(xué)、美國的東佛羅里達(dá)大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院、波蘭的波茲南技術(shù)大學(xué)、意大利的佛羅倫薩大學(xué)也對這個(gè)領(lǐng)域有持續(xù)的研究。然后，針對倒立擺系統(tǒng)建立其機(jī)理模型。其主要應(yīng)用于以下幾方面： (1)機(jī)器人 機(jī)器人類人類站立與行走是雙倒立擺的近似系統(tǒng)，雖然從第一臺(tái)機(jī)器人問世與美國，到如今也有三十年的歷史，但是機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù) —— 機(jī)器人類人類行走控制與檢測問題至今仍未能解決到讓人滿意的程度。 本質(zhì)上講，故障檢測是通過檢測出故障信號，并對之綜合處理，最終得出有關(guān)故障的綜合性評價(jià)的過程。并對倒立擺系統(tǒng)研究現(xiàn)狀和故障檢測方法研究的現(xiàn)狀做了說明。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 最優(yōu)方法的主要目的是找出一個(gè)統(tǒng)一的解決方案來解決上述的 ][A 、 ][B 問題。 給定 ??RHBA, 適當(dāng)?shù)姆秶?，然? m inm in BAAB ?? 和 ?? ?? BAAB 因?yàn)?0))(( ?? ?? jG ， minG 可以解釋為矩陣 )(?jG 最小增益轉(zhuǎn)移，且等價(jià)于由 Hou 和 Patton 引入的 ?G 。 假設(shè)在 )(sGd? 和 fG? 為位于 非零 軸無窮 遠(yuǎn)處。模糊檢測器對系統(tǒng)模型的精確性要求不高 , 能基本實(shí)現(xiàn)倒立擺的穩(wěn)定 , 魯棒性較好。 L 選定為 6 . 9 9 8 3 0 . 0 0 2 5 1 . 9 5 4 40 . 2 5 5 2 1 3 . 7 5 2 3 1 3 . 2 4 7 40 . 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 3L????????? ???? 并且給出 6 . 9 9 8 3 0 . 0 0 2 5 0 . 0 0 4 4 00 . 2 5 5 2 1 3 . 7 5 2 3 1 3 . 2 4 7 4 1 . 0 0 0 00 . 4 0 2 7 0 . 1 4 7 8 1 3 . 9 1 3 1 0 . 0 0 8 23 . 5 6 0 2 4 2 . 8 7 6 0 1 8 4 . 4 2 1 3 0 . 1 3 6 2A L C???????? ? ? ?? ? ???。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。 ?????????????1000010000100001V Simulink 搭建模型 圖 搭建模型 仿真結(jié)果 仿真輸入噪聲信號波形如圖 所示： 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 圖 噪聲信號 在干擾為零的 情況下，系統(tǒng)存在噪聲，目標(biāo)示波器產(chǎn)生如圖 波形。 總結(jié)國內(nèi)外各種各類參考文獻(xiàn)可得知，倒立擺故障檢測系統(tǒng)具有重要的研究地位，它不僅是進(jìn)行算法研究的重要工具，而且也是理論實(shí)踐教學(xué)的重要工具，其涉及機(jī)械工程，系統(tǒng)辨識(shí)，系統(tǒng)仿真，智能控制，信號處理等諸多學(xué)科門類，研究的難度較為大，到現(xiàn)今為止，該方面的成果已逐步增多，但是，國內(nèi)對其倒立擺故障檢測系統(tǒng)的研究：從硬件性平臺(tái)的設(shè)計(jì)與搭建，到模型系統(tǒng)的設(shè)定，再到系統(tǒng)軟件仿真和方法，對故障檢測方法的研究較少，本文致力于基于倒立擺最優(yōu)故障檢測設(shè)計(jì)。從圖 和圖 的檢測結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在存在故障信號時(shí)，只對故障信號有反應(yīng)。除此之外，用戶還可以在改變參數(shù)后來迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。)(. tLytxLCAtytyLtxAtx ?????? ?? )()( tCxty ?? 其中 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 ??????????????????1 3 6 7 4 0 0 8 1 4 2 8 6 10000A ??????????????0003 0 0001 3 4 00000000B ?????????????1000010000100001C 且，設(shè) ? ?Ts 2520xx10 ????? 采用極點(diǎn)配置法，可以得到目標(biāo) k 值， 值如下所列 ?????????????0000000000001. 99 3116 .3 13 92. 84 0631 .8 16 3k 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 第四章 仿真 SimulinMatlab/ 簡介 Matalb 簡介 Matlab 最初是由 MolerCleve. 用 Fortran 語言設(shè)計(jì)的，有關(guān)矩陣的算法來自Linpack 和 Eispack 課題的研究成果；現(xiàn)在的 Matlab 程序是 MathWorks 公司用 C語言開發(fā)的。 四個(gè)多變量 此系統(tǒng)是非線性的且包含以下四個(gè)部分的變量： (1)小車的位置 r (由圖 第 6 部分表示 ) (2)小車的均速 .r (3)擺的角度 ? (4)角速度 .? 在上述的狀態(tài)變量中， r 是通過 固定在電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸上的電勢計(jì)測量圓周的電勢得到， .r 是通過固定在電機(jī)上的測速發(fā)電機(jī)得到以及 ? 是通過測量固定在擺轉(zhuǎn)軸中心表層的電位器得到。 引理 1(Zhou 等人 ) 鑒于系統(tǒng) )(sG 的狀態(tài)空間是由 ),( DCBA 實(shí)現(xiàn)的， 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 ?????? ? DC BjA ? 所有 ?的行滿秩， )()()( 1 sNsMsG ???? 使得左互質(zhì)分解存在， )(sN? 為內(nèi)質(zhì)。優(yōu)化后的公式 ()導(dǎo)致 )()()()()()( 1 sfsGsGsdsGsr fdodi ???? () 其結(jié)果是，閾值應(yīng)設(shè)置如下 ddddoth sGsGJ ???? ??? )()(1 () 現(xiàn)在考慮優(yōu)化，類似上面的推導(dǎo)，有如下