面向复杂网络控制系统的分布式多级故障诊断与容错设计方法

结合工程机器人操纵与控制的工程需求，研究复杂机电网络控制系统的故障诊断与容错设计方法。建立分布式四级故障诊断模型，基于解析模型和Kalman滤波设计鲁棒观测器对时延和丢包等通信干扰进行补偿，研究数据融合技术与专家系统相结合的智能诊断方法；考虑被控对象存在摩擦、参数大范围变化、干扰和非线性等实际因素，针对传感器和执行器的暂态故障或轻微故障以及随机时延和数据包丢失，研究动态矩阵控制与滑模控制相结合的容错控制算法，推导出与网络服务性能QoS相关的稳定域约束；对于出现概率较大的信道堵塞和暂时性通信中断，基于网络负载监测和多维启发式动态带宽调度，设计具有预测和快速恢复能力的容错通信策略，并以网络服务满意度函数为导向实现容错控制与容错通信的集成设计。

本项目以多轴驱动搬运工程机器人的控制与操纵为应用背景，研究网络环境下复杂机电系统的故障诊断与容错设计方法，目标是建立高效准确的分布式多级故障诊断系统，提出基于QoS评价的容错通信与容错控制集成设计方案。首先，以典型的大型自行式液压载重车转向系统为对象，建立典型液压载重车转向系统的仿真模型，提出分布式多级故障诊断模型，设计现场节点局部诊断算法和主控节点任务分解与子诊断结果融合算法。然后，针对传感器/执行器轻微故障探讨容错控制算法，而对于网络控制系统所特有的通信故障特别是信道堵塞和暂时性通信中断，研究基于任务调度的容错通信策略。最后，以复杂多任务多回路的网路控制系统为对象,研究基于网络服务质量(QoS) 评价的动态网络调度与控制协同设计方法，建立系统网络状态主要评价指标和评价体系，提出系统级的容错通信与容错控制集成方案。在进行理论分析和策略研究的同时，采用数字仿真和硬件在环仿真验证可行性与有效性，寻求主要参数的选择规律。本项目的成功实施为建立网络环境中的复杂对象故障诊断与容错设计理论体系奠定基础，加快网络控制系统的工程应用步伐，具有重要的理论意义和工程应用价值。