[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

说明书

不确定非线性控制系统的自适应故障检测与隔离方法，涉及非线性控制系统故障检测与隔离方法。本发明是为了解决现有故障诊断方法能够判断的故障类型较为单一，且未考虑系统参数不确定性的问题。本发明所述方法包括：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；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；当在某时刻检测出系统出现故障，判断出现的故障属于哪一种类型，即启动隔离方案。属于非线性控制系统故障检测与隔离领域。

技术领域

本发明涉及非线性控制系统故障检测与隔离方法，具体涉及不确定非线性控制系统的自适应故障检测与隔离方法。

背景技术

为了提高控制系统的可靠性与安全性，针对系统设计故障诊断方案具有十分重要的意义。当系统出现故障时，如执行器故障、传感器故障以及系统部件由于老化或损坏引起的结构性故障，有效的故障诊断方法能够及时、准确地检测出故障的发生，判断故障类型，为故障容错或停用、更换故障部件提供前提，防止故障进一步传播扩散，减轻故障对系统运行的影响，以保证系统的稳定性、可靠性、安全性。

大部分已有的故障诊断方案只针对某一类特定的故障类型进行诊断，如执行器故障、传感器故障、系统结构故障，缺乏具有普适性的故障检测与隔离方法；同时，在涉及故障诊断方案时人为系统的参数是已知的，对于系统的参数不确定性未给予充分考虑。针对带有参数不确定性系统的多种不同类型故障设计普适性的故障检测与隔离方法具有较高的理论研究意义与实际应用价值。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中故障诊断方法能够判断的故障类型较为单一，且未考虑系统参数不确定性的问题，现提出不确定非线性控制系统的自适应故障检测与隔离方法。

不确定非线性控制系统的自适应故障检测与隔离方法，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：