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直驱风力发电变流器系统中传感器故障诊断与容错控制

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直驱风力发电变流器系统中传感器故障诊断与容错控制

作者：徐壮盐城工学院

学位级别：硕士

随着全球能源需求不断增长及环保意识加强,传统化石能源正逐渐向可再生能源转型。风力发电作为最具潜力的绿色能源之一,以其无污染、可持续性,成为全球能源转型的关键力量。在众多风力发电技术中,直驱风力发电系统因其结构简化、转换效... 详细信息

随着全球能源需求不断增长及环保意识加强,传统化石能源正逐渐向可再生能源转型。风力发电作为最具潜力的绿色能源之一,以其无污染、可持续性,成为全球能源转型的关键力量。在众多风力发电技术中,直驱风力发电系统因其结构简化、转换效率高、运行与维护成本低等优势而广受关注。变流器作为风力发电系统中能量转换的核心部件,其中传感器故障率较高,成为直驱风力发电系统中薄弱环节之一。若传感器发生故障,将直接影响变流器的控制策略和能量输出,极端情况下可能引起整个系统停止运行,造成严重的经济损失和安全隐患。因此,研究风力发电变流器系统中传感器故障诊断与容错控制方法,对系统长期稳定运行具有重要意义。针对这一问题,本文提出了一种基于PSO-LSSVM的故障诊断模型和基于数据驱动的容错控制策略。首先,本文建立了直驱式风力发电系统的数学模型,包括风力机、永磁同步电机和变流器系统,并在MATLAB/Simulink环境中搭建了永磁直驱风力发电系统的仿真模型。针对电流传感器常见的四种故障进行了数学描述,并分析了网侧变流器中电流传感器故障对系统运行的影响。通过傅里叶变换对故障数据进行降噪处理,并结合核主成分分析法(KPCA)提取故障特征。利用粒子群(PSO)算法对最小二乘支持向量机(LSSVM)进行参数优化,构建了PSO-LSSVM诊断模型,对从时域和频域提取的特征进行诊断分析。然后阐述了基于数据驱动的容错控制策略,根据传感器数据构建回归预测模型,当传感器故障发生后,将预测输出值代替实际传感器输出;介绍了支持向量回归(SVR)原理并以此为基础介绍了LSSVR与POS-LSSVR融合算法;此外,文中还阐明了模型的评价指标及各模型的参数设置,并建立相应的预测模型;在直驱风力发电Simulink仿真模型中,利用建立的预测模型对电流传感器进行容错控制仿真分析。最后运用基于快速控制原型搭建的直驱风力发电系统半实物仿真平台,进行综合性的仿真验证。通过该平台,采集电流传感器不同种故障模式下的故障数据,运用上述故障诊断模型与回归预测模型对电流传感器进行实验测试分析,验证了本文对电流传感器故障诊断与容错控制的有效性。本文通过引入PSO优化LSSVM算法及数据驱动的容错控制策略,提升了直驱风力发电系统中传感器故障诊断与容错控制的性能,为系统的长期稳定运行提供了可靠保障。

关键词：直驱风力发电传感器故障故障诊断容错控制粒子群算法最小二乘支持向量机

存在传感器故障和网络攻击的信息物理系统的估计器设计

同方学位论文库评论

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存在传感器故障和网络攻击的信息物理系统的估计器设计

2023中国自动化大会

作者：胡宇翔代学武崔东亮亢佳俊刘辉

本文针对存在输入扰动、传感器偏置故障和虚假注入式网络攻击的信息物理系统(CPS)提出了一种状态估计器。该估计器通过引入补偿回路,能够准确估计CPS中的健康状态和输出。与现有的研究工作[2]中设计的估计器相比,所提的估计器克服了对... 详细信息

本文针对存在输入扰动、传感器偏置故障和虚假注入式网络攻击的信息物理系统(CPS)提出了一种状态估计器。该估计器通过引入补偿回路,能够准确估计CPS中的健康状态和输出。与现有的研究工作[2]中设计的估计器相比,所提的估计器克服了对存在扰动的CPS应用受限的问题,具有更高的准确性和鲁棒性。为了验证所提估计器的优越性,本文进行了一项仿真案例,并与现有的状态估计器进行了对比分析。结果表明,所提估计器在估计精度上明显优于现有的状态估计器[2],证明了其在处理存在扰动的CPS中的有效性和可靠性。

关键词：估计器信息物理系统网络攻击传感器故障

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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传感器故障条件下的自适应UKF算法

控制与决策 2015年第11期30卷 2025-2032页

作者：赵辉周欢翁兴伟李牧东空军工程大学航空航天工程学院西安710038

针对目标跟踪中传感器故障导致滤波发散或者滤波精度不高的问题,提出一种自适应无迹卡尔曼滤波(UKF)算法.该算法在滤波过程中,根据自适应估计原理引入自适应矩阵因子,实时调整系统状态向量和量测新息向量的协方差,以满足无迹卡尔曼滤波... 详细信息

针对目标跟踪中传感器故障导致滤波发散或者滤波精度不高的问题,提出一种自适应无迹卡尔曼滤波(UKF)算法.该算法在滤波过程中,根据自适应估计原理引入自适应矩阵因子,实时调整系统状态向量和量测新息向量的协方差,以满足无迹卡尔曼滤波算法的最优性条件,并采取措施对滤波发散的情况进行判断和抑制.与传统UKF和已有自适应UKF算法相比,该自适应UKF算法显著提高了滤波精度和数值稳定性,且具有应对传感器故障的自适应能力.仿真实验结果表明了所提出算法的有效性.

关键词：目标跟踪传感器故障自适应滤波无迹卡尔曼滤波

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抵御传感器故障的圆盘极点可靠配置

东北大学学报（自然科学版） 2006年第4期27卷 355-358页

作者：姚波孙欣张庆灵张嗣瀛东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110004 东北大学理学院辽宁沈阳110004

对于线性系统,研究了考虑传感器故障的圆盘极点可靠控制设计问题.使用了比离散故障模型更实用和一般的连续故障模型,给出了将极点可靠配置在指定圆盘内可靠控制存在的充分条件.通过求解线性矩阵不等式完成动态输出反馈可靠控制器的设计... 详细信息

对于线性系统,研究了考虑传感器故障的圆盘极点可靠控制设计问题.使用了比离散故障模型更实用和一般的连续故障模型,给出了将极点可靠配置在指定圆盘内可靠控制存在的充分条件.通过求解线性矩阵不等式完成动态输出反馈可靠控制器的设计.仿真例子不仅说明了可靠控制的有效性,而且说明了可靠配置的必要性.

关键词：执行器故障传感器故障可靠配置线性矩阵不等式,线性系统

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基于观测器的传感器故障检测与信号重构方法

北京航空航天大学学报 2013年第11期39卷 1529-1535页

作者：夏洁许京京北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100191

针对含未知有界干扰输入的线性系统进行传感器故障检测研究.通过对输出信号进行非奇异线性变换,将传感器故障等效转化为执行机构故障,提出对干扰具有鲁棒性、对故障具有敏感性的残差生成方法,设计滑模观测器进行残差估计,实现对传感器... 详细信息

针对含未知有界干扰输入的线性系统进行传感器故障检测研究.通过对输出信号进行非奇异线性变换,将传感器故障等效转化为执行机构故障,提出对干扰具有鲁棒性、对故障具有敏感性的残差生成方法,设计滑模观测器进行残差估计,实现对传感器故障的检测,得到对传感器故障信号的精确估计,并实现对传感器信号的重构.基于飞机纵向小扰动模型,对于传感器的缓变偏差、突变偏差、完全失效和反相等故障的信号重构仿真结果都表明了该方法的有效性.

关键词：传感器故障滑模观测器故障检测信号重构

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多传感器故障检测与隔离算法

化工学报 2010年第8期61卷 2008-2014页

作者：侯彦东陈志国汤天浩上海海事大学电气自动化系上海200135 河南大学计算机与信息工程学院河南开封475004

在系统状态、执行器及传感器故障检测与隔离的问题研究过程中,对传感器故障的检测与隔离难度最大,而针对欠量测系统和传感器冗余系统中传感器故障检测与隔离问题难度更大。为此,首先建立了包含卡死、增益时变和偏差时变3种典型传感器故... 详细信息

在系统状态、执行器及传感器故障检测与隔离的问题研究过程中,对传感器故障的检测与隔离难度最大,而针对欠量测系统和传感器冗余系统中传感器故障检测与隔离问题难度更大。为此,首先建立了包含卡死、增益时变和偏差时变3种典型传感器故障的数学模型;其次,借助输出方程,将待检测的传感器故障转换到系统状态方程中进行处理,对欠量测系统转换结果不唯一这一问题,分别采用最小二乘和基础解系的方法进行处理,对传感器冗余系统,通过两次利用系统状态,分别构造两个并行运行的残差产生器;然后,设计出既能检测出故障,又能将各个故障进行有效隔离的残差产生器;最后,用算例对上述设计结果的有效性进行计算机仿真验证。

关键词：欠量测系统传感器冗余系统传感器故障残差产生器故障检测与隔离

基于UIO的航空发动机控制系统传感器故障诊断

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航空动力学报 2011年第6期26卷 1396-1404页

作者：覃道亮何皑孔祥兴王曦北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

研究了航空发动机控制系统传感器鲁棒故障检测与隔离问题,提出了一种克服不同干扰对控制系统诊断性能影响的方法.应用未知输入观测器(unknown input observer,简称UIO)理论来解耦航空发动机动态系统干扰,并针对控制系统传感器设计一族U... 详细信息

研究了航空发动机控制系统传感器鲁棒故障检测与隔离问题,提出了一种克服不同干扰对控制系统诊断性能影响的方法.应用未知输入观测器(unknown input observer,简称UIO)理论来解耦航空发动机动态系统干扰,并针对控制系统传感器设计一族UIO,提取出一系列的传感器残差特征数据,通过分析残差队列的幅值特性,实现航空发动机控制系统传感器故障诊断.在高斯白噪声、模型工作点变化和非高斯噪声三类干扰下的数字仿真结果表明,不管何种干扰,UIO诊断方法均能检测和隔离出传感器故障,在诊断鲁棒性方面,要优于Kalman滤波器诊断算法.

关键词：未知输入观测器(UIO) 航空发动机控制传感器故障故障诊断残差生成

多传感器故障检测与隔离的残差产生器设计方法研究

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电子学报 2011年第2期39卷 429-434页

作者：侯彦东文成林陈志国上海海事大学电气自动化系上海200135 杭州电子科技大学自动化学院浙江杭州310018 河南大学计算机与信息工程学院河南开封475001

为了解决多传感器故障检测与隔离这一难题,建立了包含卡死、增益时变和偏差时变等三种典型传感器故障的数学模型.借助输出方程,将待检测的传感器故障转换到系统状态方程中进行处理.设计出既能检测出故障,又能将各个故障进行有效隔离的... 详细信息

为了解决多传感器故障检测与隔离这一难题,建立了包含卡死、增益时变和偏差时变等三种典型传感器故障的数学模型.借助输出方程,将待检测的传感器故障转换到系统状态方程中进行处理.设计出既能检测出故障,又能将各个故障进行有效隔离的残差产生器,同时还要给出设计残差产生器过程中未知参数的求解方法.用算例对上述设计结果的有效性进行计算机仿真验证.

关键词：传感器故障残差产生器故障检测与隔离不可观测子空间故障特征

基于自适应观测器的燃气轮机控制系统传感器故障容错控制

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中国电机工程学报 2021年第19期41卷 6658-6669页

作者：卫星光房方刘玉升华北电力大学控制与计算机工程学院北京市昌平区102206 国核自仪系统工程有限公司上海市闵行区200241

对传感器故障实施容错控制是提高燃气轮机运行安全可靠性的重要措施。针对传统基于状态观测器的故障容错控制模型依赖度高,模型失配后容错效果差,不适应燃气轮机快速变负荷运行的问题,该文设计基于自适应观测器的燃气轮机控制系统传感... 详细信息

对传感器故障实施容错控制是提高燃气轮机运行安全可靠性的重要措施。针对传统基于状态观测器的故障容错控制模型依赖度高,模型失配后容错效果差,不适应燃气轮机快速变负荷运行的问题,该文设计基于自适应观测器的燃气轮机控制系统传感器故障容错控制系统(faulttolerant control system,FTCS),包括故障检测单元、自适应观测器单元与无扰单元三部分,可以实现传感器故障检测、故障后的信号重构与无扰切换。分别利用FTCS与传统的状态观测器对燃气轮机控制系统的燃料量、压气机进口导叶开度和功率传感器故障进行容错控制。仿真结果表明,所设计的FTCS可以提高模型失配时故障传感器信号的重构准确性,在传感器故障后能维持控制系统稳定,具有良好的容错控制性能。

关键词：燃气轮机传感器故障容错控制模型失配自适应观测器信号重构