[發明專利]閥控缸電液伺服系統在線故障檢測、估計及定位方法

在審

• 申請號: 201711464193.6
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108227676A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 徐巧寧;杜學文;艾青林;劉毅
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

1.閥控缸電液伺服系統在線故障檢測、估計及定位方法，該發明方法基于閥控缸電液伺服系統，閥控缸電液伺服系統包括液壓缸、與液壓缸連接的伺服閥/比例閥及與伺服閥/比例閥連接的液壓泵，液壓缸的活塞上設有傳感器，傳感器通過電路連接設置控制器，控制器與伺服閥/比例閥電路連接；

其特征在于，包括如下步驟：

1)系統非線性建模：建立閥控缸電液伺服系統的數學模型；選取系統狀態變量；建立系統的非線性狀態方程；

2)系統正常參數辨識：獲取系統正常運行時不同工況及環境條件下的輸入輸出歷史數據，輸入辨識模型，由辨識模型得到系統正常運行時的參數及其變化范圍；

3)將步驟2)中獲得的系統正常運行時的數據帶入步驟1)中系統的非線性狀態方程，獲取正常系統參數矩陣及系統的非線性狀態方程的表達式；

4)實時采集系統的相關輸入輸出參數；

5)變負載下故障檢測與估計：建立故障檢測觀測器，所述故障檢測觀測器包括外負載力解耦模塊、故障顯性模塊、非線性模塊、穩定性模塊及故障向量估計模塊，并將采集到的各模塊信號輸入該觀測器，得到該觀測器估計輸出，通過與實際系統輸出做差值得到輸出殘差；

6)魯棒故障決策：將步驟3)中得到的輸出殘差，輸入到計算誤差估計函數中，并結合實時計算的自適應閾值，診斷出系統是否存在故障；

7)步驟6)中若無故障，則返回步驟4)；若有故障，啟動步驟5)中故障檢測觀測器的故障向量估計模塊，由該觀測器和實際系統得到輸出殘差值進行網絡權值系數的實時調整，最終得到故障向量估計值；

8)故障隔離定位：結合步驟7)中的故障向量估計值與液壓缸活塞的運動方向進行可能發生的故障類型和位置判斷，輸出診斷結果。

2.根據權利要求1所述的閥控缸電液伺服系統在線故障檢測、估計及定位方法，其特征在于，所述步驟1)中建立閥控缸電液伺服系統的數學模型：先將閥控缸電液伺服系統各環節進行等效，建立伺服閥/比例閥的流量方程、伺服閥/比例閥動態方程、液壓缸的流量連續性方程及液壓缸活塞的運動力平衡方程，由上述四個方程表達整體系統的數學模型，如下：

伺服閥/比例閥的流量方程：

式中q_±，p_±分別為液壓缸兩腔的流量和壓力，p_s+，p_s-分別為供油和回油壓力，x_v和α分別為伺服閥/比例閥閥芯偏離中位的位移量與閥芯正遮蓋量，k_c為流量系數；

伺服閥/比例閥動態方程：

式中k_v與τ為描述伺服閥/比例閥動態特性的增益與時間系數，u為輸入電壓；

液壓缸的流量連續性方程：

a_±和V_±分別為液壓缸兩腔的面積和有效容積，c_i,c_e分別為液壓缸的內外泄露系數，x_p為液壓缸活塞位移，β_e為有效體積彈性模量，p₊與p_-為液壓缸左右兩腔壓力；

液壓缸活塞的運動力平衡方程：

式中m為折算到負載的總質量,b_p為粘性阻尼系數,f為作用在活塞上外負載力，d為變負載干擾力,a₊與a_-為液壓缸兩腔的面積；

選取系統狀態變量：選取液壓缸活塞運動速度液壓缸左右兩腔壓力p₊與p_-、及伺服閥/比例閥的閥芯位移x_v為系統的狀態變量，定義系統狀態變量為

建立系統的非線性狀態方程：將輸入伺服閥/比例閥的電壓視為輸入u，定義液壓缸活塞運動速度液壓缸左右兩腔壓力p₊與p_-為輸出向量將伺服閥/比例閥的流量方程、伺服閥/比例閥動態方程、液壓缸的流量連續性方程及液壓缸活塞的運動力平衡方程，四個方程進行形式變換，提取其中的狀態變量x和非線性項g(x)，轉換成如下的狀態方程形式，矩陣A,B,C,D為系統的參數矩陣；