一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法
2023-12-11 01:41:12 1
一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法
【專利摘要】本發明公開了一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法。包括以下幾個步驟：建立俯仰通道控制系統的狀態空間描述，得到俯仰通道控制系統的未知輸入擾動；確定滿足系統穩定的未知輸入擾動約束條件；確定故障診斷觀測器魯棒度性能指標；對帶有未知輸入擾動和故障的俯仰通道控制系統構造魯棒故障診斷觀測器；通過比較魯棒故障診斷觀測器輸出的殘差與門限閾值的關係進行故障決策。本發明利用魯棒技術構造了故障診斷觀測器，提高了故障診斷方法的魯棒性。
【專利說明】一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種故障診斷方法，特別是具有魯棒性的一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法。
【背景技術】
[0002]系統故障診斷方法廣義上分為兩大類:基於知識和基於系統模型的方法。基於知識的故障診斷方法優點是，不藉助系統解析模型但需要大量系統工況信息進行故障推理及判斷。但其缺點是故障的分離和估計比較困難，尤其不便於故障的在線診斷，對小故障判斷失效。隨著系統強耦合性及對其可靠性要求的提高，基於知識的故障診斷方法不能滿足高性能指標要求。建模理論及控制理論的完善推動了基於系統模型故障診斷方法的發展，基於模型的故障診斷方法充分利用了深層次的系統信息，系統對內存要求較低，通過構造相應的故障診斷觀測器，可估計出系統故障幅值、故障發生時刻，進行故障診斷。進一步可利用估計的故障信息構造容錯控制器，保證系統在故障模式下可平穩運行。對小故障的早期診斷及提高系統可靠性相比基於知識的方法有很大優勢。
[0003]故障診斷是保證系統安全可靠運行的核心關鍵技術，綜述近年來國內外控制系統故障診斷研究現狀，目前控制系統故障診斷主要採用基於模型的確定線性系統、系統模型精確和隨機幹擾信號統計特性已知基礎上的傳統故障診斷方法。而在實際應用中由於控制系統的應用環境非常複雜，不可避免的存在許多不確定性因素，使模型存在著不確定性或幹擾信號統計特性不完全已知，這些不確定因素使得傳統的基於線性系統模型的控制系統故障診斷準確率大大降低，嚴重時會引起系統誤操作而產生嚴重後果。近年來隨著泛函分析與算子理論的日益完善，魯棒控制得到了廣泛應用。人們將魯棒控制的思想引入到故障診斷中來，形成了魯棒故障診斷理論。
[0004]目前針對不確定性非線性系統的故障診斷研究集中在滑模變結構等值原理、幹擾解耦原理以及構造相應故障診斷觀測器進行故障決策。但方法大都存在算法魯棒性差、診斷誤報率大、收斂性差以及對擾動分析不足的缺陷。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了提高載體俯仰通道控制系統可靠性，設計了一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法。
[0006]本發明是通過如下技術方案實現的:
[0007]—種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法，包括以下幾個步驟:
[0008]步驟一:建立俯仰通道控制系統的狀態空間描述，得到俯仰通道控制系統的未知輸入擾動；
[0009]步驟二:確定滿足系統穩定的未知輸入擾動約束條件；
[0010]步驟三:確定魯棒故障診斷觀測器魯棒度性能指標；
[0011]步驟四:對帶有未知輸入擾動和故障的俯仰通道控制系統構造魯棒故障診斷觀測器；
[0012]步驟五:通過比較魯棒故障診斷觀測器輸出的殘差與門限閾值的關係進行故障決策。
[0013]本發明一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法還可以包括:
[0014]1、載體俯仰通道控制系統的動力學方程為:
[0015]
【權利要求】
1.一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法，其特徵在於，包括以下幾個步驟: 步驟一:建立俯仰通道控制系統的狀態空間描述，得到俯仰通道控制系統的未知輸入擾動； 步驟二:確定滿足系統穩定的未知輸入擾動約束條件； 步驟三:確定魯棒故障診斷觀測器魯棒度性能指標； 步驟四:對帶有未知輸入擾動和故障的俯仰通道控制系統構造魯棒故障診斷觀測器； 步驟五:通過比較魯棒故障診斷觀測器輸出的殘差與門限閾值的關係進行故障決策。
2.根據權利要求1所述的一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法，其特徵在於:所述的載體俯仰通道控制系統的動力學方程為:
3.根據權利要求2所述的一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法，其特徵在於:所述的滿足系統穩定的未知輸入擾動約束條件為:
g(x(t),u(t), d(t), t) I I / I I X ( τ ) I 卜 β 3〈- ω /M 式中，記 (6(!(1:) = 11:811(1:)11,^(1:) = 1111(1(1:),11(1:))11,3:3 為滿足(?Μυ-?^α))≤β3| Ix(T) I I的正數，M≥I, ω〈0，τ≥0，得到未知輸入擾動的最大容許值I Igl匕χ。
4.根據權利要求3所述的一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法，其特徵在於:所述的魯棒故障診斷觀測器魯棒度性能指標為:
5.根據權利要求4所述的一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法，其特徵在於:所述的魯棒故障診斷觀測器為:
6.根據權利要求5所述的一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法，其特徵在於:所述的根據殘差與門限閾值的關係進行故障決策為:
7.根據權利要求6所述的一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法，其特徵在於:所述的俯仰通道的故障範數的極大值
8.根據權利要求6或7所述的一種載體俯仰通道控制系統魯棒故障診斷方法，其特徵在於:所述的最大容許狀態估計誤差emax= [40 0.01 2 20 20 0.02 0.02]，未知輸入擾動的最大容許值I |g| Lax=Q- 69507X 105，魯棒故障診斷觀測器的增益矩陣G為:
【文檔編號】G05B23/02GK103970127SQ201410216215
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】錢華明, 富振鐸, 錢林琛, 孫龍, 寧秀麗, 陳彥華, 黃蔚, 王大偉, 徐祥, 彭宇 申請人:哈爾濱工程大學