[發明專利]數據驅動的故障診斷與最優控制系統一體化設計方法

有效

• 申請號: 202010059726.8
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111158351B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 羅浩;高菾佚;蔣宇辰;李款;楊宏燕;尹珅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張利明

1.一種數據驅動的故障診斷與最優控制系統一體化設計方法，包括：采用鎮定控制器對實際工業生產系統進行控制，其特征在于還包括：獲得補充控制信號及增加前饋控制器進一步參與到對所述實際工業生產系統的控制中；具體為：

采集所述實際工業生產系統的輸出信號與預設的輸出預期信號作差獲得輸出誤差，所述鎮定控制器對輸出誤差進行處理獲得主控制信號；

采用前饋控制器對所述輸出預期信號進行處理，獲得輔助控制信號；

主控制信號與輔助控制信號及補充控制信號相加后獲得輸入信號輸入到實際工業生產系統中；

所述補充控制信號由閉環故障檢測殘差信號與尤拉矩陣相乘獲得；

所述閉環故障檢測殘差信號的獲得方法包括：

采集實際工業生產系統的輸入信號、輸出信號和輸出預期信號，利用數據驅動的方法辨識獲得系統穩定核表示矩陣；根據系統穩定核表示矩陣，構造多入多出的診斷觀測器；并通過診斷觀測器產生閉環故障檢測殘差信號；

所述尤拉矩陣的獲得方法包括：

對所述輸入信號、輸出信號及輸出預期信號利用數據驅動的方法辨識獲得系統穩定相表示矩陣；再結合實時采集的輸入信號、輸出信號及閉環故障檢測殘差信號對所述系統穩定相表示矩陣進行迭代更新，獲得輸入誤差能量函數意義下的最優尤拉矩陣。

2.根據權利要求1所述的數據驅動的故障診斷與最優控制系統一體化設計方法，其特征在于，所述閉環故障檢測殘差信號的獲得方法中，系統穩定核表示矩陣的獲得方法包括：

步驟A1：采集實際工業生產系統的輸入信號、輸出信號和輸出預期信號，并設定一號相關參數、二號相關參數和數據長度；

步驟A2：將所述輸入信號和輸出信號形成緊湊的輸入漢克爾型矩陣；

步驟A3：獲取鎮定控制器的狀態空間矩陣，得到鎮定控制器的狀態空間表示；并構造輔助下三角托普利茲矩陣；

步驟A4：構造閉環系統等價輸入漢克爾矩陣；

步驟A5：對閉環系統等價輸入漢克爾矩陣進行LQ分解；

步驟A6：計算獲得系統穩定核表示矩陣。

3.根據權利要求2所述的數據驅動的故障診斷與最優控制系統一體化設計方法，其特征在于，所述實際工業生產系統的輸入信號為u(z)，輸出信號為y(z)，輸出預期信號為w(z)，一號相關參數為s_p，二號相關參數為s_f，數據長度為N；

將輸入信號u(z)和輸出信號y(z)中的數據u_k,y_k形成四個緊湊的漢克爾型矩陣

k＝1,2,3,……N；

獲取鎮定控制器的四個狀態空間矩陣A_c,B_c,C_c和D_c，進而得到鎮定控制器的狀態空間表示x_c,k+1：

x_c,k+1＝A_cx_c,k+B_c(w_k-y_k)，

u_k＝C_cx_c,k+D_c(w_k-y_k)；

所述w_k為輸出預期信號w(z)中的數據；

構造獲得兩個輔助下三角托普利茲矩陣和

式中A、B、C、D是被控實際工業生產系統的四個狀態空間矩陣；

進一步構造獲得兩個閉環系統等價輸入漢克爾矩陣和

令對兩個閉環系統等價輸入漢克爾矩陣和進行如下LQ分解：

式中L_c表示LQ分解得到的下三角矩陣，Q_c表示LQ分解得到的酉矩陣；

通過下式計算求得中間變量和中間變量

即：

進而得到系統穩定核表示矩陣