具有正性约束的切换系统鲁棒故障检测方法研究

含有正性约束和切换特性的切换正系统的鲁棒故障检测问题，具有广泛的实际应用价值和理论研究意义。由于工程系统中存在一些变量总是非负的，切换正系统较之切换系统具有更为实际的工程应用背景和理论研究深度。由于正性约束、连续动态和离散动态同时存在并且相互耦合，导致系统发生故障时其故障检测问题更为困难。本项目结合切换系统理论、正系统理论和故障检测技术，在保证系统正性约束条件下，研究切换正系统在任意切换信号、设计切换信号和随机Markov切换信号下的鲁棒故障检测问题。基于状态估计构造残差产生器，建立切换正系统故障检测评价体系，提出正多Lyapunov函数方法，增大残差产生器参数设计自由度，解决传统方法不能解决的切换正系统的鲁棒故障检测问题。本项目的研究将揭示系统运行的内部机理，发展和完善切换系统理论，为切换系统在实际生产中的应用提供理论基础。

切换系统是由多个子系统和一个切换律组成，切换律指明在某一时刻某一个子系统处于运行状态。系统中子系统的连续动态和切换律造成的离散事件能够更好地刻画许多实际系统的特性，如电力系统控制、智能交通控制等。在一些实际系统中状态变量是非负值，如病毒数量控制系统、网络丢包数等。具有这种特性的切换系统称为切换正系统。实际系统中存在着信号传输时滞、数据丢失、元器件老化和测量噪声等，导致系统发生故障。滤波器能够滤除系统的噪声，估计出近乎真实的状态，是故障检测的基础。时滞和数据丢失影响系统的稳定性，稳定性又是故障检测的前提条件。因此，项目结合切换系统理论、滤波器设计和故障检测方法给出了故障检测滤波器设计方案；构造新的余正李雅普诺夫函数进行了切换时滞正系统的稳定性分析和控制综合，特别考虑了异步切换和基于状态的切换律设计情况；提出新的Markov过程描述数据包丢失，简化了现有模型中状态转移矩阵的非零参数个数以及可以建模晚到达的数据包。项目的研究结果为切换正系统理论在实际中的应用奠定了基础。在项目支持下，在世界知名学术出版社Springer出版学术专著1部，发表学术论文19篇，其中SCI检索论文7篇（IEEE Trans. Systems, Man and Cybernetics: Systems，长文1篇和IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems，长文1篇）、EI检索论文17篇、ISTP检索论文15篇。获得辽宁省科学技术奖励二等奖一项，辽宁省自然科学优秀成果一等奖和大连市自然科学优秀学术论文一等奖等奖励。