[发明专利]一种控制系统执行器及传感器同时故障时的诊断方法

摘要

本发明公开了一种控制系统执行器及传感器同时故障时的诊断方法，首先，将传感器故障模型转化为执行器故障模型，并对执行器故障诊断方案进行修改，解决这种伪执行器故障的诊断问题；接着，在系统中同时有执行器及传感器故障时，将伪执行器故障诊断方案的滑模观测器与适用于普通执行器故障的滑模观测器相结合，作用于系统上，通过分析残差完成故障诊断。

主权项

1.一种控制系统执行器及传感器同时故障时的诊断方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1)，建立含m个传感器的系统故障模型：y＝Cx+Gf_s其中：x∈Rn是不可测系统状态向量，y∈Rn是可测系统输出向量，u∈Rn是可测系统输入向量；A、B、C、G均是将控制系统线性化并转化为状态空间模型时得到的适维矩阵，且(A，C)是可观的；f_s是传感器故障向量，为有界线性函数；Δ(t)代表系统不确定扰动；通过增加状态变量z，将含m个传感器的系统传感器故障模型写成如下形式：其中z＝[0 I]步骤2)，建立含n个执行器的系统故障模型：y＝Cx其中，f_a为执行器故障向量，为有界线性函数；将n个执行器的故障模型放进m个传感器的故障模型中，得到综合故障模型：其中z＝[0 I]步骤3)，分别为执行器故障、伪执行器故障即传感器故障设计故障观测器，然后组合成观测器组；令为矩阵其效果等同于原系统中的适维矩阵A，令为矩阵为矩阵[0 I]为矩阵步骤3.1)，对于执行器故障，在满足如下假设的情形下：假设1：矩阵B列满秩；假设2：存在适维矩阵L₁、F₁和正定矩阵P₁、Q₁满足：假设3：外部扰动Δ(t)范数有界，||Δ(t)||≤W₁，W₁是正数；执行器故障f_a有界，||f_a||≤M₁，M₁是正数且外部扰动远小于执行器故障，即W₁＜＜M₁；设置n个执行器故障观测器：式中，是对应于第i个执行器的故障观测器中的状态变量，是对应于第i个执行器的故障观测器中的系统输出向量，bi是矩阵中第i列的列向量，δ₁是预设的很小的正数；F_i是指矩阵F的第i行，执行器故障观测器的切换增益ρ₁满足ρ₁≥M₁，且是Hurwitz矩阵；步骤3.2)，在满足如下假设的条件下：假设1：矩阵列满秩；假设2：存在适维矩阵L₂、F₂和正定矩阵P₂、Q₂满足：假设3：外部扰动Δ(t)范数有界，||Δ(t)||≤W₂；传感器故障f_s有界，||f_s||≤M₂，W₂＜＜M₂；设置m个伪执行器故障观测器即传感器故障观测器：式中，是对应于第j个传感器的故障观测器中的状态变量，是对应于第j个传感器的故障观测器中的系统输出向量，δ₂是预设的很小的正数；是矩阵中第j列的列向量，F_j是指矩阵F的第j行，传感器故障观测器的切换增益ρ₂满足ρ₂≥M₂，且是Hurwitz矩阵；步骤3.3)，将n个执行器故障观测器、m个传感器故障观测器组合成观测器组；步骤4)，将观测器组作用于综合故障模型，即观测器组中的n个执行器故障观测器、m个传感器故障观测器一一对应作用于综合故障模型中的n个执行器的系统故障模型、m个传感器的系统故障模型，得到m+n个系统状态变量和观测器状态变量之间的残差图像；步骤5)，在m+n个残差图像中筛选出相同的残差图像，将其记为r*，对于m+n个残差图像中筛选后剩余的每一幅残差图像r，将其和残差图像r*进行对比，若在任一时间残差图像r的残差值均小于残差图像r*的残差值，则残差图像r对应观测器所对应的传感器或者执行器即故障源，这个观测器中的μ_i或μ_j值为故障大小的估计值。