项目名称: 基于Kernel算子的仿射非线性系统故障诊断与容错控制研究及应用

项目编号: No.61473004

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 自动化技术、计算机技术

项目作者: 杨莹

作者单位: 北京大学

项目金额: 83万元

中文摘要: 本项目利用非线性系统理论中的Kernel算子及其状态空间表达,提出一种研究仿射非线性系统故障诊断与容错控制的新方法。主要研究内容包括:给出仿射非线性系统的通用故障诊断观测器设计方法,以及评价函数构造与动态阈值设计方法;提出仿射非线性系统易于在线重构和优化的主动容错控制器设计方法,以及兼顾系统可靠性、实时性等要求的多目标优化容错控制器设计方法;建立仿射非线性系统故障诊断与容错控制的一体化设计方案。重点解决仿射非线性系统故障诊断观测器参数化、基于残差发生器的主动容错控制结构设计及参数化,以及快速在线故障诊断与控制器重构算法等关键科学问题,并以带钢热连轧生产过程中的典型生产装置为对象,开展应用验证研究,从理论、算法、数值仿真到应用验证,建立仿射非线性系统故障诊断与容错控制的系统性研究框架,为先进复杂工业系统控制提供理论基础与技术支撑。

中文关键词: 非线性系统;故障诊断;容错控制;参数化设计;算子理论

英文摘要: This project aims to propose a new fault diagnosis and fault tolerant control approach for a class of affine nonlinear systems. We will conduct the work based on the nonlinear Kernel operator and its state space representation. More specifically, our main research contents will shed light on: - addressing the unified solution to the design of fault diagnosis observers for affine nonlinear systems, the construction of relevant evaluation function and the generation of dynamic thresholds; - introducing the active fault tolerant control schemes, which shall be liable to realize the online reconfiguration/adaptation and optimization for affine nonlinear systems. We will consider this part with the discussion of the multi-objective optimization problem to guarantee system reliability, real-time capability etc. - and furthermore, developing an integrated framework to design fault diagnosis and fault tolerant control for affine nonlinear systems. With regard to these aspects, the key scientific issues we intend to focus on will be the parameterization of fault diagnosis observers, the design of residual generator-based active fault tolerant controller architecture and fast online algorithms that realize fault diagnosis and controller reconfiguration. As for the follow-up work, we will dedicate to the studies that validate including theories, algorithms, with numerical simulation, and the application in a typical equipment of hot strip rolling production process. Finally, we will establish a systematic research framework to facilitate the studies of fault diagnosis and fault tolerant control for affine nonlinear systems, as well as providing the theoretical basis and technical support for the control of advanced complex industrial systems.

英文关键词: nonlinear systems;fault diagnosis;fault tolerant control;parameterization design;operator theory

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