一種魯棒故障檢測濾波器設計方法

2023-04-23 14:21:26

專利名稱：一種魯棒故障檢測濾波器設計方法
技術領域：
本發明屬於控制領域，提供了一種基於參數依賴李雅普諾夫函數方法的魯棒故障檢測濾波器設計方法。
背景技術：
由於現代控制系統對高可用性、高可靠性的需求不斷增加，對基於模型的故障檢測是很重要的技術問題。在一個故障檢測方案中，一般是建立一個殘差信號並將它與預先確定的閾值進行比較如果殘差信號比閾值大，將會產生一個警報。由於噪聲和幹擾可能會導致殘差信號顯著變化，為保證避開錯誤的警報，故障檢測濾波器必須保持魯棒性。然而，與魯棒性控制中的概念不同，一個故障檢測系統的魯棒性不僅受到模型故障和幹擾的影響，還與對需要檢測的可能故障的靈敏度有關。因此，基於模型的故障檢測問題涉及到構造一個魯棒性故障檢測器(RFDF)以有效減少外部幹擾和模型不確定性的影響，並同時使其對錯誤的靈敏度最大化，從而可以儘早發現系統的任何故障。這也促使了將方案引入到設計最優濾波器的多目標問題當中來。目前參數依賴李雅普諾夫函數(PDLF)方法已經發展的較為完善，並在魯棒性分析領域得到應用，然而其在故障檢測領域並沒有較多應用，也沒有對於基於PDLF的多面體不確定線性時不變系統的RFDF設計步驟。現有技術的缺點是目前參數依賴李雅普諾夫函數(PDLF)方法已經發展的較為完善，並在魯棒性分析領域得到應用，然而其在故障檢測領域並沒有較多應用，也沒有對於基於PDLF的多面體不確定線性時不變系統的RFDF設計步驟。

發明內容
為了解決「將參數依賴李雅普諾夫函數(PDLF)方法引入到存在凸多面體不確定性的線性時不變系統的魯棒性故障檢測問題中」的技術問題，本申請提供了一種線性不確定性系統魯棒故障檢測濾波器設計的齊次多項式參數依賴李雅普諾夫函數方法。本發明的有益效果是本發明介紹了不確定線性時不變系統的故障檢測問題，並給出了基於觀測器的魯棒故障檢測濾波器(RFDF)的設計。利用參數依賴李雅普諾夫函數的方法，系統RFDF的存在條件可以通過求解一組線性矩陣不等式(LMIs)進行估計，從而大大降低所得結果的保守性。此外，故障靈敏度指標11_可以經由一個凸優化算法進行優化， 從而得到最優的RFDF。本發明將PDLF方法引入到存在凸多面體不確定性的線性時不變系統的魯棒性故障檢測中。在處理RFDF設計時，面臨的問題是對故障和其他幹擾進行區分，這與魯棒分析和控制有明顯的區別。為此，本發明擬採用HjH00範式[8』9]。下文將要提到的設計方法主要包括兩個階段(1)作為具有一定的幹擾衰減和最大故障靈敏度的殘差發生器的最優RFDF 設計方法；( 為估計生成的殘差而進行閾值設計的方法。以下為說明方便表示nXn實矩陣的集合。上標T表示實矩陣的轉置，*表示復矩陣的共軛轉置。對於nXn矩陣A，HeA = A+A*。如果A是實對稱的負定矩陣，表示為A < 0，而B彡0表示B是半正定矩陣。考慮下面這樣一個系統
權利要求
1.基於參數依賴李雅普諾夫函數方法的魯棒故障檢測濾波器設計方法，其特徵在於 將PDLF方法引入到存在凸多面體不確定性的線性時不變系統的魯棒性故障檢測中， 採用ILAl00範式，包括兩個階段(1)作為具有一定的幹擾衰減和最大故障靈敏度的殘差發生器的最優RFDF設計方法；(2)為估計生成的殘差而進行閾值設計的方法；定義表示nXn實矩陣的集合；上標T表示實矩陣的轉置，*表示復矩陣的共軛轉置；對於ηΧη矩陣A，HeA = Α+Α* ；如果A是實對稱的負定矩陣，表示為Α<0，而B彡 表示B是半正定矩陣；定義下面這樣一個系統 χ = Ax + Bdd + Bff,y = Cx+Ddd+Dff, (1)其中，χ e R"，_y e Rm分別代表狀態向量和輸出向量；/ e ITi是需要進行檢測的可檢測故障信號的集合；Je 表示有限的傳感器/驅動器幹擾；依賴於考慮之中的特定情形，f和d 採取不同的信號形式進行建模；模型矩陣是具有適當維數的定常矩陣，其中A，Bd, Bf, Dd包含於下面的不確定性多面體
全文摘要
本發明屬於控制領域，提供了一種基於參數依賴李雅普諾夫函數方法的魯棒故障檢測濾波器設計方法。將PDLF方法引入到存在凸多面體不確定性的線性時不變系統的魯棒性故障檢測中。在處理RFDF設計時，面臨的問題是對故障和其他幹擾進行區分，這與魯棒分析和控制有明顯的區別。採用H_/H∞範式，包括兩個階段(1)作為具有一定的幹擾衰減和最大故障靈敏度的殘差發生器的最優RFDF設計方法；(2)為估計生成的殘差而進行閾值設計的方法。
文檔編號G05B23/00GK102436180SQ20111038066
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月25日 優先權日2011年11月25日
發明者周子冠, 孫華東, 安之, 張杏珍, 徐式蘊, 湯湧 申請人:中國電力科學研究院