[发明专利]基于双层Kalman滤波器的间歇故障诊断与主动容错控制方法

说明书

本发明公开了一种基于双层Kalman滤波器的间歇故障诊断与主动容错控制方法，该方法包括：建立发生间歇故障的线性离散时间系统模型；基于双层Kalman滤波器的间歇故障诊断；间歇故障的容错控制。本申请针对一类发生间歇故障的线性离散时间系统，提出了上述方法，该方法在存在噪声扰动的情况下能够准确、有效地检测出间歇故障的发生时刻和消失时刻，并将间歇故障的求解问题转化为间歇故障增益约束下最小方差无偏估计的优化问题，从而准确得到最优估计值；最后，将故障诊断过程与容错控制器的设计过程相结合，保障了容错控制的实时性和快速性，且该主动容错控制器结构简单，容易实现，保证系统在间歇故障发生时仍可以稳定运行。

技术领域

本发明属于间歇故障诊断与容错控制技术领域，具体涉及一种基于双层 Kalman滤波器的间歇故障诊断与主动容错控制方法。

背景技术

随着现代工程系统向大型化、复杂化、网络化以及分散化方向发展，对其 性能、成本约束和低能耗等要求不断提高，其在运行过程中发生各类故障的可 能性也不断提高。在网络通信，电气系统，电磁系统和机械系统中，故障常呈 现随机性、间歇性和反复性，这种区别于永久故障和瞬态故障的特殊故障被称 为间歇故障。间隔故障一方面由于累积效应会演变成永久故障，进而导致整体 系统失效，另一方面，由于持续时间和间隔时间具有间歇性且故障幅值未知， 对其进行诊断或容错非常困难。因此，间歇故障的诊断与容错控制在过去十年 间成为研究热点。

与持续故障诊断相比，间歇故障诊断要求能够诊断出间歇故障的发生、消 失时刻及故障值，系统需具备更高的诊断性能。针对这一特点，文献(Sedighi T, Foote P D,KhanS.The Performance of Observer-based Residuals for Detecting IntermittentFaults:The Limitations[J].Procedia Cirp,2014,22(1):65-70.)中通过实 验测试的方法建立了间歇故障的时序模型和概率模型，基于故障密度和伪周期 描述了间歇故障的暂态特性，并在该模型框架下利用实验测试的方法研究了间 歇故障的可检测性。针对传感器间歇故障诊断问题，文献(Sedighi T,Foote P D, Khan S.The Performance ofObserver-based Residuals for Detecting Intermittent Faults:The Limitations[J].Procedia Cirp,2014,22(1):65-70.)对传统的基于观测器 的故障诊断方法进行改进，在测量信息精确、无扰动情况下，可以实现间歇故 障的准确检测。文献(Ball M,HardyF,Effects and detection of intermittent failures in digital systems,inProceedings of the 1969Fall Joint Computer Conference.