[发明专利]适用于多电堆燃料电池系统的传感器故障的分布式故障检测方法

权利要求书

1.一种适用于多电堆燃料电池系统的传感器故障的分布式故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：基于多电堆燃料电池系统模型，将燃料电池堆系统构建成多个相互互联的子系统；

采用的子系统模型具体为：

y_i＝C_ix_i2+β_i(t-t_i)θ_i(t)i,j＝1,...,M,i≠j

其中，M表示子系统数量，表示第i个子系统的状态x_i的微分，且状态x_i＝[x_i1 x_i2]^T∈Rⁿ，x_i1∈R^n-l和x_i2∈R^l分别表示不可测状态和可测状态，n表示状态总数，l表示可测状态数；u_i和y_i∈R^l分别表示第i个子系统的输入变量和输出变量；x_j和u_j分别表示与第i个子系统相连的子系统j的状态和输入变量，A_i和C_i分别表示线性矩阵和输出矩阵，ρ_i(x_i,u_i)∈Rⁿ、H_ij(x_i,x_j,u_i,u_j)∈Rⁿ和η_i(x_i,x_j,u_i,u_j)∈Rⁿ分别是第i个子系统的非线性项、与第j个子系统的互联项和不确定项；θ_i(t)表示传感器偏置函数，β_i(t-t_i)表示阶跃函数，t和t_i分别表示系统运行时间和第i个系统的故障发生时间；

将非线性项ρ_i(x_i,u_i)、互联项H_ij(x_i,x_j,u_i,u_j)和不确定项η_i(x_i,x_j,u_i,u_j)根据可测和不可测状态维度分割为：

将线性矩阵A_i分割成四个矩阵块A_i1、A_i2、A_i3和A_i4，即

步骤2：为每个子系统设置一个局部故障检测估计器和一个自适应故障检测阈值：

所述局部故障检测估计器为：

其中，下标d用于表示与故障检测估计器相关的量，表示局部故障检测估计器对第i个子系统的状态估计的微分，且其中，和分别表示不可测状态和可测状态的估计，和L_d,i∈R^l×l分别表示第i个子系统的局部故障检测估计器的输出和估计增益；

则故障检测残差信号

将局部故障检测估计器的输出与实际电池堆的输出间的差值作为故障检测残差信号；

当任意子系统的故障检测残差信号超过其自适应故障检测阈值时，则判断整个系统发生故障，并启动对所有子系统的故障隔离检测；

每个子系统的自适应故障检测阈值为：

其中,下标p用于表示第p个分量，且p∈R^l，k_d,ip和λ_d,ip为正常数，且满足e表示自然底数；

其中，和分别表示和ρ_i2(x_i,u_i)的李普希茨边界；

χ_d(τ)表示不可测状态的局部故障检测估计器的估计误差：

其中，表示不可测状态的初始估计误差，c＝λ_min(Ο_d)/λ_max(P_d)，λ_min(·)和λ_max(·)分别表示取最小和最大特征值，P_d＝diag{P_d,i,...,P_d,M}，P_d,i表示第i个子系统的局部故障检测估计器的对称正定矩阵，且满足

矩阵Ο_d∈R^M×M为：

其中，是的Lipschitz常数；

是不确定项η_i(x_i,x_j,u_i,u_j)的边界函数，满足：

步骤3：为每个子系统设置一个局部故障隔离估计器和一个自适应故障隔离阈值；

所述局部故障隔离估计器为：

其中，下标s用于表示与故障隔离估计器相关的量，表示局部故障隔离估计器对第i个子系统的状态估计的微分，且其中和分别表示不可测状态和可测状态的估计，和L_s,i∈R^l×l分别表示第i个子系统的局部故障隔离估计器的输出、传感器偏置估计和估计增益；Ω_i1∈R^(n-l)×l和Ω_i2∈R^l×l分别表示不可测状态和可测状态的辅助变量，Γ表示对称正定的学习率矩阵，表示投影运算限制到已知集合Θ_i，Θ_i表示的取值范围；

则故障隔离残差信号

将局部故障隔离估计器的输出与实际电池堆的输出间的差值作为故障隔离残差信号；

当任意子系统的故障隔离残差信号超过其自适应故障隔离阈值时，则判定当前子系统被隔离，且未被隔离的子系统则发生了故障；

每个子系统的自适应故障隔离阈值为：

其中，T_d表示当前故障时刻，k_s,ip和λ_s,ip为正常数，满足K_i满足χ_s(τ)是不可测状态的局部故障隔离估计器的估计误差边界，定义为：

其中，b＝λ_min(Ο_s)/λ_max(P_s)，P_s＝diag{P_s,i,...,P_s,M}，P_s,i表示使第i个子系统的局部故障隔离估计器的对称正定矩阵，且满足矩阵Ο_s∈R^M×M被定义为：

α_i、分别表示第i个子系统的传感器偏置的变化率边界和传感器变化边界，且满足

F_ip∈R^l表示除了第p个元素为1外其余为0的常向量；

ω_i2为正常数，且满足|x_s,i2(T_d)|≤ω_i2。