[發(fā)明專利]基于性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN111538316B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王少萍;張陽;石健
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B23/02
• 分類號(hào): G05B23/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發(fā)明公開了一種基于性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷方法及系統(tǒng)。該方法包括：建立無故障情況下控制系統(tǒng)的線性標(biāo)稱模型，根據(jù)實(shí)際控制系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)確定實(shí)際控制系統(tǒng)的辨識(shí)模型；根據(jù)線性標(biāo)稱模型在閉環(huán)反饋下的輸出和辨識(shí)模型在閉環(huán)反饋下的輸出的差值確定第一時(shí)域性能殘差；根據(jù)線性標(biāo)稱模型和辨識(shí)模型采用間隙度量方法確定第一頻域性能殘差和第一穩(wěn)定域性能殘差；根據(jù)線性標(biāo)稱模型和辨識(shí)模型之間的時(shí)域性能殘差、頻域性能殘差和穩(wěn)定域性能殘差進(jìn)行故障檢測。采用本發(fā)明的方法及系統(tǒng)，通過建立執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障與閉環(huán)后控制系統(tǒng)性能變化之間的聯(lián)系進(jìn)行故障診斷，提高了控制系統(tǒng)故障診斷的可靠性和應(yīng)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)故障診斷方法一般是基于硬件冗余系統(tǒng)采用表決策略進(jìn)行診斷，這種硬件冗余的主要問題是設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用高昂，并且需要額外的安裝空間。為解決這個(gè)問題，提出了解析冗余的診斷方案，由多信號(hào)一致性檢驗(yàn)技術(shù)生成殘差信號(hào)，并通過分析殘差來確定系統(tǒng)的故障的方法，即基于模型的故障診斷方法。常見的基于模型的故障檢測與隔離技術(shù)(Fault detection and isolation,FDI)方法主要包括觀測器方法、奇偶關(guān)系方法和參數(shù)估計(jì)方法。

在現(xiàn)有的故障診斷技術(shù)中，多數(shù)是針對開環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行的故障診斷，并沒有考慮控制系統(tǒng)閉環(huán)本身對故障診斷性能的影響。此外，多數(shù)的診斷方法是假設(shè)系統(tǒng)中的故障是加性故障，具有一定的局限性。然而，對于閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)而言，由于閉環(huán)控制系統(tǒng)本身具備一定的魯棒性和容錯(cuò)能力，即對系統(tǒng)的變化(加性或乘性變化)不敏感，具有更寬的穩(wěn)定工作區(qū)域。因此，現(xiàn)有的診斷方法中利用開環(huán)信息進(jìn)行故障診斷不能衡量故障發(fā)生后對閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)性能帶來哪些影響。如果無法獲知故障對閉環(huán)系統(tǒng)性能上帶來的影響，將會(huì)對系統(tǒng)的故障決策和容錯(cuò)控制帶來不利影響。例如，在某些反饋控制系統(tǒng)中盡管執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生很微小的故障后，但是從系統(tǒng)閉環(huán)性能方面來看帶來很大的危害性。同樣地，在某些情況下，盡管執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生了看似較為嚴(yán)重的故障(例如執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障使得開環(huán)系統(tǒng)由穩(wěn)定的系統(tǒng)變成了不穩(wěn)定的系統(tǒng))，但是在反饋控制器本身的校正作用下，這些故障的影響將被削弱和抑制，甚至系統(tǒng)的閉環(huán)性能不會(huì)發(fā)生明顯的降級(jí)，這種情況下，從安全運(yùn)行角度來講，此時(shí)的閉環(huán)控制系統(tǒng)是無需采取控制律重構(gòu)等容錯(cuò)控制的措施，從而避免一些不必要的容錯(cuò)切換控制所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。因此，從閉環(huán)控制系統(tǒng)功能性層面的指標(biāo)來進(jìn)行故障診斷十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷方法及系統(tǒng)，通過建立執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障與閉環(huán)后控制系統(tǒng)性能變化之間的聯(lián)系進(jìn)行故障診斷，提高了控制系統(tǒng)故障診斷的可靠性和實(shí)用性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種基于性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷方法，包括：

獲取實(shí)際控制系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)；

根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理建立無故障情況下控制系統(tǒng)模型的線性標(biāo)稱模型；

根據(jù)所述實(shí)際控制系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)確定實(shí)際控制系統(tǒng)的辨識(shí)模型；

獲取指令輸入數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述指令輸入數(shù)據(jù)計(jì)算線性標(biāo)稱模型在閉環(huán)反饋下的輸出，同時(shí)根據(jù)所述指令輸入數(shù)據(jù)計(jì)算辨識(shí)模型在閉環(huán)反饋下的輸出；

根據(jù)所述線性標(biāo)稱模型在閉環(huán)反饋下的輸出和所述辨識(shí)模型在閉環(huán)反饋下的輸出的差值確定第一時(shí)域性能殘差；所述第一時(shí)域性能殘差為線性標(biāo)稱模型和辨識(shí)模型之間的時(shí)域性能殘差；

根據(jù)所述線性標(biāo)稱模型和所述辨識(shí)模型采用間隙度量方法確定第一頻域性能殘差和第一穩(wěn)定域性能殘差；所述第一頻域性能殘差為線性標(biāo)稱模型和辨識(shí)模型之間的頻域性能殘差，所述第一穩(wěn)定域性能殘差為線性標(biāo)稱模型和辨識(shí)模型之間的穩(wěn)定域性能殘差；