[发明专利]一种PFC控制系统的多故障同步估计方法

说明书

本发明提供一种PFC控制系统的多故障同步估计方法，属于故障诊断领域。具体包括建立带有执行器故障和传感器故障的状态空间表达式、将执行器故障和传感器故障扩张为多故障系统的状态、引入中间变量并进行观测器参数设计、在线估计系统的状态变量、执行器故障、传感器故障。与现有技术相比，本发明基于降维观测器技术和广义观测器技术，在不受最小相位条件、观测器匹配条件和输出维数条件约束的情况下，提出了一种新的同步故障估计方法，所设计的中间变量故障观测器可以确保误差系统以指数形式收敛为零，以达到对一类含有多故障的控制系统的状态变量、执行器故障、传感器故障的在线同步估计。

技术领域

本发明涉及故障诊断领域，具体地说，涉及一种PFC控制系统的多故障同步估计方法，所述的多故障包括执行器故障和传感器故障。

背景技术

开关电源由于其功率密度高、效率高因而在电源领域占主导地位。传统的开关电源的功率因素较低(一般仅为0.45-0.75)，会在电网中产生大量的电流谐波和无功功率，从而污染电网。抑制开关电源产生谐波最主要的方法是设计高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低以及功率因素高等特点，也就是具有功率因素校正(PFC)功能。

如今，控制系统日益复杂且十分昂贵，对系统的安全性和可靠性性能指标的要求也越来越高。大量的工程控制系统，比如车辆系统、航天系统、化工系统都与安全息息相关，一旦系统发生故障，可能导致系统性能下降、稳定性变差、系统崩溃，进而可能会造成人员伤亡和巨大的经济损失等灾难性的后果。因此在控制系统中及时进行故障诊断技术和容错控制设计，使得系统在有故障发生的情况下能保持正常的控制效果以提高系统的安全性和可靠性、最大程度减少损失具有非常重要的现实意义。故障诊断技术包括故障检测、故障隔离和故障估计三个部分。故障估计相比于故障检测来说可以获得更多的故障信息，比如故障的大小、故障的形式，故障估计是容错控制的基础。

大多数控制系统，都可以通过数学分析的方式建模。在实际的控制系统应用中，执行器故障和传感器故障可能单独发生也可能同步发生。近年来，基于模型的方法对执行器故障和传感器的同步故障估计近年来吸引了大量研究人员致力于对其进行研究，大多数采用的是滑模观测器或者未知输入观测器的方法。另外，开关电源由于其功率密度高、效率高因而在电源领域占主导地位。传统的开关电源的功率因素较低(一般仅为0.45-0.75)，会在电网中产生大量的电流谐波和无功功率，从而污染电网。抑制开关电源产生谐波最主要的方法是设计高性能整流器，它具有输入电流为正弦波、谐波含量低以及功率因素高等特点，也就是具有功率因素校正(PFC)功能。

文献1，“A novel fault reconstruction and estimation approach for aclass of systems subject to actuator and sensor faults under relaxedassumptions”(Dimassi，Habib，ISA Transactions 02(2020 November)(在宽松假设下针对执行器和传感器故障的一类系统的新颖故障重构和估计方法(Dimassi，Habib，ISA学报，2020年11月第2期))的文章详细描述了当前提出的观测器方法存在三个主要的约束条件：最小相位系统条件、观测器匹配条件和输出维数条件，作者在相对宽松的条件下提出了一种新故障估计方法，但作者设计的辅助输出矩阵也需要满足秩条件。