非線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

摘 要：文章針對(duì)具有未知輸入和不確定擾動(dòng)信號(hào)的非線(xiàn)性系統(tǒng)，研究一類(lèi)以觀測(cè)器為基礎(chǔ)的量化網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)故障檢測(cè)問(wèn)題。首先，引入時(shí)變量化器，對(duì)輸出信號(hào)采用離散量化處理。模擬工業(yè)中真是的非線(xiàn)性系統(tǒng)，針對(duì)基礎(chǔ)的原系統(tǒng)建立故障檢測(cè)濾波器，最后，通過(guò)原系統(tǒng)與觀測(cè)器的比較，搭建故障檢測(cè)濾波器誤差系統(tǒng)。最后，給出Matlab仿真實(shí)例，驗(yàn)證文中方法的有效性。

關(guān)鍵詞：故障檢測(cè)濾波器；網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)；量化器NCS

前言

NCSs是集自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展于一體，目前被越來(lái)越多的應(yīng)用于復(fù)雜的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的遠(yuǎn)程控制，改變了傳統(tǒng)的控制模式。

關(guān)于非線(xiàn)性的NCSs的建模和設(shè)計(jì)要復(fù)雜很多，無(wú)論是在數(shù)學(xué)模型的建立，還是工業(yè)控制方面的設(shè)計(jì)，相關(guān)的非線(xiàn)性的研究并不是很成熟。文章的設(shè)計(jì)方法將推廣到非線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)關(guān)于非線(xiàn)性的模型，利用對(duì)數(shù)量化器聯(lián)合分析。并最終MATLAB的仿真來(lái)判斷文章的NCSs模型的穩(wěn)定性。

1 離散對(duì)數(shù)量化器

信息在被傳輸過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)量化、分割，變?yōu)殡x散信號(hào)，才能適用與非線(xiàn)性模型中。這里，首先要將輸出信號(hào) 進(jìn)行量化，量化分段函數(shù)如式（1）：

文章中采用靜態(tài)對(duì)數(shù)量化器，設(shè)計(jì)如下量化標(biāo)準(zhǔn)：

其中，？字是量化密度，u0是初始向量。

每一部分分段函數(shù)對(duì)應(yīng)著不同的量化條件，最終應(yīng)用到整個(gè)分段函數(shù)達(dá)到全部的量化標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)數(shù)量化器定義如式（2）：

2 系統(tǒng)描述

非線(xiàn)性被控對(duì)象描述為：

（3）

其中，A、B1、B2、C、N1為具有適當(dāng)維數(shù)的已知實(shí)常數(shù)矩陣，

為狀態(tài)向量， 為輸出向量， 為L(zhǎng)2范數(shù)有界的不確定擾動(dòng)信號(hào)向量， 為要檢測(cè)的故障信號(hào)向量，g（x（k））為已知的非線(xiàn)性向量函數(shù)且滿(mǎn)足g（0）=0和全局Lipschitz條件：

其中，G是已知的實(shí)常數(shù)矩陣。

文章研究如式（5）的基于觀測(cè)器的非線(xiàn)性NCSs的故障檢測(cè)濾波器：

（5）

其中， 為輸入估計(jì)向量， 是輸出估計(jì)向量，

是殘差信號(hào)。L為觀測(cè)器的增益矩陣，V為殘差的加權(quán)矩陣。

令 由式（3）、（5）、（2）整理得到如下方程式（6）：

（6）

設(shè)增廣向量 、 、 、

，又綜合（5）和（6），可以得出如下非線(xiàn)性NCSs系統(tǒng)：

（7）

其中，

3 Matlab仿真應(yīng)用

假設(shè)，非線(xiàn)性離散系統(tǒng)（3）的各個(gè)系數(shù)矩陣如下：

設(shè)計(jì)時(shí)變量化器的參數(shù)？滋0=3，？字=0.6，通過(guò)仿真得到：

。若給定？酌=1.2，可得出故障檢測(cè)濾波器的系數(shù)

如下：

編寫(xiě)MATLAB程序時(shí)，k=0，1，2，3…300，非線(xiàn)性函數(shù)選擇為：

g（x（k））=0.5×sin（x（k）），故障信號(hào) ，外界干擾

信號(hào)d（k）是服從概率不大于0.05的高斯白噪聲分布。程序運(yùn)行之后，可得出結(jié)果見(jiàn)圖1：

通過(guò)圖1能夠得出，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，若發(fā)生機(jī)械故障，所涉及的系統(tǒng)立刻被檢測(cè)到，從而產(chǎn)生報(bào)警，減少損失。因此文章方法所設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法適用于非線(xiàn)性的NCSs模型。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章研究了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，由于外界的干擾和影響產(chǎn)生的非線(xiàn)性問(wèn)題，通過(guò)建立數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行理論分析，最后通過(guò)Matlab仿真演示，驗(yàn)證了文章方法的有效性。從而證明了文章研究的意義，可以應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)和監(jiān)控，減少損失。同時(shí)可以為與高新技術(shù)產(chǎn)品的研究提供一定的理論指導(dǎo)。

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