[发明专利]考虑随机传感器饱和效应的鲁棒状态监测与故障检测方法

说明书

本发明公开了一种考虑随机传感器饱和效应的鲁棒状态监测与故障检测方法，其包括步骤s1.系统状态空间模型建立；步骤s2.鲁棒状态估计器设计，步骤s3.故障检测策略设计。在步骤s2中包括如下设计内容：设定状态估计器初值，计算中间变量，计算一步预测状态估计误差协方差上界，计算状态估计器增益，计算状态估计误差协方差上界，在线计算状态估计值：设定状态估计初值，计算一步状态预测值，计算新息，计算状态估计值；在步骤s3中包括如下设计内容：计算残差，计算故障检测统计量，计算残差二阶矩上界，计算故障检测阈值，设定故障检测逻辑。本发明通过上述步骤之间的组合，能够同时监测系统运行状态和检测故障，以保障现代工程系统安全平稳运行。

技术领域

本发明涉及一种考虑随机传感器饱和效应的鲁棒状态监测与故障检测方法。

背景技术

随着自动化技术和计算机技术的飞速发展，现代工程系统的规模和复杂度日益增加，任何微小故障的发生都可能引发连锁反应，造成人员伤亡和经济损失，甚至导致灾难性后果。因此，需要实时在线监测状态与检测故障，以保障系统安全。

在实际应用中，由于物理或技术限制，传感器饱和现象非常普遍。现有状态监测与故障检测方法通常将饱和效应视为有界非线性进行处理。然而，由于环境变化或传感器故障等原因，传感器常会发生随机饱和现象，导致现有方法失效。

另一方面，现代工程系统工作条件恶劣，运行环境复杂多变，模型不确定性较强，对状态监测与故障检测的鲁棒性提出了要求。然而，现有方法只能对模型不确定性结构已知的系统进行状态监测与故障检测，且未考虑随机饱和现象。

基于上述情况，为了满足实际应用需求，亟需一种考虑随机传感器饱和效应的鲁棒状态监测与故障检测方法，同时监测系统运行状态和检测故障，保障现代工程系统安全平稳运行。

发明内容

本发明的目的在于提出一种考虑随机传感器饱和效应的鲁棒状态监测与故障检测方法，以解决现有状态监测与故障检测方法的缺点，有效保障实际应用需求。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

考虑随机传感器饱和效应的鲁棒状态监测与故障检测方法，包括步骤：

s1.系统状态空间模型建立

建立系统状态空间模型：

其中，为系统状态，为控制输入，为测量输出；

为过程噪声，为测量噪声；

为过程参数，为测量参数；

为过程参数不确定性，为测量参数不确定性；

为执行器故障；

为饱和系数，g(·):为饱和函数；

n_x、n_u、n_y分别表示系统状态维数，控制输入维数，测量输出维数；

分别表示n_x维实数向量空间、n_u维实数向量空间、n_y维实数向量空间；

分别表示n_x×n_x维实数矩阵空间、n_x×n_u维实数矩阵空间、n_y×n_x维实数矩阵空间；

饱和系数Λ(k)具体形式如下：

其中，λ_i(k)表示饱和系数的第i个分量，为1到n_y的整数集合；

给定向量饱和函数g(·)具体形式如下：