傳統(tǒng)的液位控制系統(tǒng)多采用PDI（比例-積分-微分）控制法。這種傳統(tǒng)的液位控制系統(tǒng)具有結構簡單、易于實現等優(yōu)點，因此至今仍然在液位過程控制中占據主要地位，但是其缺點也不容忽視，主要確定是抗故障的容錯能力低下。有時在故障發(fā)生時，即使能迅速判斷故障的存在、故障的位置甚至定量分析故障，但系統(tǒng)故障產生的損失也已不可避免，因此需要引入容錯控制系統(tǒng)盡量保證也誒控制系統(tǒng)在發(fā)生故障時仍可以穩(wěn)定運行并具有可以接受的性能指標。液位控制系統(tǒng)傳感器最易發(fā)生故障，系統(tǒng)多采用壓力傳感器測量液位。壓力傳感器由相應的測量電路組成，側臉該電路的某些電子元件的故障是傳感器產生故障的源頭。本文基于磁致伸縮液位傳感器，通過測量電路的輸入-輸出表達式確定聯立方程組求解的故障診斷方法，在此基礎上提出了基于線性變參數觀測器估計系統(tǒng)該狀態(tài)并實現控制的容錯控制方法。
1.液位控制系統(tǒng)狀態(tài)空間描述的建立
對于雙榮液位控制系統(tǒng)，通過閥門1將儲水器的水運送到水箱1中，加在入流控制泵上的電壓作為狀態(tài)輸入量。水箱1的出水閥門即水箱2的如水閥門，水箱1能起到控制水箱2液位的作用，在設計反饋控制系統(tǒng)整定PID參數后能實現水箱1液位的恒定和水箱2液位對水箱1的跟隨。假定2個水昂的橫截面積、閥門橫截面積都相同。
對于可用狀態(tài)空間表達式描述的線性系統(tǒng)，可采用狀態(tài)反饋配置極點使系統(tǒng)具有抗干擾性、魯棒性。有時系統(tǒng)某些狀態(tài)不能直接物理測量（如液位傳感器出線故障，無法實時的值液位），這時采用狀態(tài)觀測器基于輸出和控制變量估計狀態(tài)。在容錯控制中，使用狀態(tài)觀測器估計出實時故障狀態(tài)，原控制器根據估計狀態(tài)進行控制，而不再使用傳感器所測狀態(tài)，即為容錯控制的基本原理。
狀態(tài)觀測器可觀測到系統(tǒng)給所有狀態(tài)變量時稱為全維狀態(tài)觀測器。在只需要觀測不可物理測量的狀態(tài)變量時，只實現觀測部分撞他變量的觀測器稱為降維狀態(tài)觀測器。無論何種觀測器，均必須保證系統(tǒng)具有可觀性。
若矩陣穩(wěn)定（特征值實部都是負數），對于任意初始誤差向量，誤差向量最終都趨于0。對于系統(tǒng)改的容錯控制，應使狀態(tài)觀測對故障狀態(tài)產生觀測跟蹤，將故障狀態(tài)作用于原控制器并使原控制器棄置已經存在故障的傳感器信號，使得故障值被抵消，這便是容錯控制方法設計基本思路。
3.基于系統(tǒng)觀測器的液位傳感器容錯控制設計
上一節(jié)中，液位控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間已經建立，為線性變參數系統(tǒng)。因此需要設計線性變參數系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器。兩個水箱的液位都作為輸出量，因此系統(tǒng)為雙輸出。
根據上述推導，得到了基于線性變參數觀測器的具有故障診斷功能和容錯性能的液位控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在液位傳感器測量電路出線故障導致測得液位與實際液位不符時，一方面采用故障診斷方法實現故障定位和故障定值；另一方面，線性變參數觀測器對狀態(tài)向量進行觀測跟蹤，得出其估測值，此時標稱PID控制器采用狀態(tài)估測值進行控制，使液位控制系統(tǒng)跟正常運行。
故障決策單元具有判斷傳感器是否存在故障的功能，既包含故障診斷功能，即根據液位傳感器測量電路的電橋輸出、運放輸出信號實現元件故障定位和元件故障定值的功能，也包含根據殘差信號平方是否大于閾值信號提高故障存在性判斷精度的功能。當故障決策單元潘丹液位傳感器故障不存在時，系統(tǒng)告知需要標稱控制器就能正常運行；檔期檢測到液位傳感器故障存在時，控制標稱控制開關1，是的線性變參數觀測器根據系統(tǒng)輸出信號所得估測傳感器顧長志、估計狀態(tài)通過開關，并將估計狀態(tài)作為標稱控制器的實時狀態(tài)，故障決策單元同時關閉控制開關2，是的傳感器信號不能反饋回控制器，此時液位傳感器的故障效應被抵消。
4.仿真驗證
基于線性變參數觀測器的液位傳感器容錯控制系統(tǒng)個，代入實際的參數值進行計算并仿真。雙容液位控制系統(tǒng)，兩個水箱均由液位傳感器測量液位，且兩個液位傳感器都可能故障但假定水箱2的傳感器有替代品，因此系統(tǒng)該狀態(tài)維數、輸出維數均為2，而傳感器故障維數為1.
線性變參數觀測器對系統(tǒng)狀態(tài)、傳感器故障值進行估計，是的此時液位上升時間增加，仍以被控水箱2液位達到穩(wěn)定值為標準，當故障發(fā)生時，水箱2液位恰好處于穩(wěn)態(tài)，線性變參數觀測器只用了約0.6s就能使被控標稱控制器將液位恢復至穩(wěn)態(tài)，當參考信號由18cm上升至27cm時，滯后時間有10.3s，當參考信號由27cm下降至22cm時，之后時間7.8s。在傳感器故障下，當參考信號變化時，水箱液位相對于參考信號的之后速率低于1.5s/cm。
5.總結
本章研究了雙榮液位控制系統(tǒng)傳感器故障的容錯控制方法。受限根據液位控制的基本原理得到系統(tǒng)該狀態(tài)空間表達式，其中采用了非線性參數擬合是的狀態(tài)系數鞠振偉關于狀態(tài)的參數多項式形式；接下來引入線性變參數觀測器實現容錯控制，最后代入實際液位控制系統(tǒng)具體采納數，得到線性變參數觀測器的具體表達式。以二維狀態(tài)、二維輸出信號彈傳感器故障維數一維的雙容液位系統(tǒng)故障為例，此阿勇MATLAB進行仿真，驗證了觀測器對傳感器故障值估測的經確性和系統(tǒng)歸隊傳感器故障的容錯性。
