[发明专利]不确定非线性控制系统的自适应故障检测与隔离方法

权利要求书

1.不确定非线性控制系统的自适应故障检测与隔离方法，其特征在于，包括：

步骤一：针对控制系统模型设计不确定参数估计方案，对不确定参数估计值进行实时更新；

所述的控制系统模型为含有参数不确定性的非线性控制系统，其状态空间表达式为：

其中，x为系统的n维状态向量；为x的一阶导数，即系统的状态空间模型；θ为不确定参数，f(x，u)和为已知非线性函数矩阵，Δ(x，u，t)表示非线性不确定性；设系统只出现N种故障中的一种特定故障，F(t-t_f)表示在时刻t_f发生某一故障s对应的时间函数矩阵，其中，s∈{1，2，...，N}，φ^s(x，u)代表未知的故障函数向量；

将n阶系统中的第i个状态方程分量写为如下形式：

所述不确定参数估计方案中所构造的滤波器为：

其中，l表示构造的滤波器(3)中的滤波器状态变量，且其中，表示n维实向量；表示l的一阶导数；A为Hurwitz的增益矩阵；v表示构造的滤波器(4)中的滤波器状态矩阵；v^T代表矩阵v的转置；为v^T的一阶导数；

设变量z为：

z＝l+x (5)

定义矩阵R如下：

其中，k为正整数，τ表示积分变量，dτ表示积分中分割区间的标记；

不确定参数θ的估计值每T秒更新一次，不确定参数θ的自适应更新律为：

其中，R^-1表示矩阵R的逆矩阵，I表示m维单位矩阵，其中，m为系统未知参数θ的维数，θ∈R^m，β(kT)代表给定的正定矩阵，在每个时间间隔内，参数估计值的大小保持恒定，参数自适应估计误差在时刻kT的值为

步骤二、给出故障检测状态估计器的设计方案：

基于得到的不确定参数的估计值，设计故障检测状态估计器，对系统状态进行估计，得到系统状态估计残差

其中，自适应故障检测方法中针对系统状态方程构造的故障检测状态估计器为：

其中，L_i表示状态估计器(8)的状态估计器增益，定义状态估计残差其中，表示系统状态x_i的状态估计值，即故障检测状态估计器(8)中的状态值；对应的故障检测自适应阈值为μ_i(t)；表示已知非线性函数矩阵的第i行分量；

如果存在某一时刻T_d，至少一个状态残差首次超过其对应的状态估计残差自适应阈值μ_i(t)，即：

则认为系统出现故障，时刻T_d即为故障检测时间；

步骤三、当在时刻T_d检测出系统出现故障，判断出现的故障属于已知N种故障中的某一种类型，即启动隔离方案；所述故障隔离方案如下：

未知故障函数的形式描述为：

其中，上角标s表示系统故障的第s种类型，为表述第s种故障类型特性的向量函数，表示描述故障幅值大小的未知时变参数向量，且在已知紧集中缓慢变化，其变化速率满足为已知常数向量；

故障s对应的故障隔离状态估计器为：

其中，表示构造的故障隔离状态估计器(12)的状态变量，为的一阶导数，为故障s发生时的状态估计值，为故障隔离状态估计器增益，表示未知故障幅值的参数更新律；表示未知故障幅值大小向量的估计值；

检测出系统出现故障后，系统不确定参数自适应更新律将停止对系统中不确定参数估计值的更新，即得到对应的

状态估计残差定义为定义变量状态估计残差对应的故障隔离自适应阈值为

针对状态估计残差存在某一有限时刻使得至少一个故障隔离残差超过其对应的隔离残差自适应阈值，即：

则故障s的发生被隔离，即排除该故障；

其中，表示故障s的故障隔离时间；表示故障s的故障隔离残差，表示该故障隔离残差对应的自适应阈值。