[發明專利]基于未知輸入觀測器的離散切換系統的魯棒故障估計方法

有效

• 申請號: 202010624544.0
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111812980B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 杜董生;楊月;吳瑜;趙環宇;唐中一;周紅標
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 李鋒

本發明涉及故障診斷技術領域，公開了一種基于未知輸入觀測器的離散切換系統的魯棒故障估計方法，將原離散切換系統的狀態向量和故障向量整合為增廣系統的狀態向量，得到增廣系統；基于P半徑技術，設計一個未知輸入觀測器(UIO)來估計增廣系統的狀態和故障；給出假設條件，利用線性矩陣不等式技術和Schur補引理對觀測器進行求解；對故障估計誤差進行分析。與現有技術相比，本發明針對離散切換系統基于P半徑技術設計未知輸入魯棒故障估計觀測器，利用線性矩陣不等式技術和Schur補引理對觀測器進行求解并對故障估計誤差進行分析，以保證誤差系統的穩定，故障估計對未知輸入干擾具有完全魯棒性，該方法與其他傳統方法相比，具有更精確的邊界和更高的效率。

技術領域

本發明涉及故障診斷技術領域，特別涉及一種基于未知輸入觀測器的離散切換系統的魯棒故障估計方法。

背景技術

近年來，基于觀測器的故障估計方法得到了廣泛的應用，如滑模觀測器、模糊觀測器、自適應觀測器等。基于滑模觀測器的故障估計技術可以對常變故障和時變故障進行有界估計，研究了模糊系統的故障估計和容錯控制問題，但是當狀態軌跡達到滑模面后，難以嚴格地沿著滑面向平衡點滑動，而是在滑模面兩側來回穿越，從而產生顫動。而基于觀測器的自適應故障估計技術僅僅只能實現常數的漸近估計，自適應控制所依據的關于模型和擾動的先驗知識比較少，需要在系統的運行過程中去不斷提取有關模型的信息，使模型逐步完善。所以自適應控制比常規反饋控制要復雜的多，成本也高的多，因此只是在用常規反饋達不到所期望的性能時，才會考慮采用。

另一方面，由于切換系統在實際工程系統中的廣泛應用，引起了人們的廣泛關注。切換系統是由多個子系統和指定子系統之間切換順序的切換信號組成的混合系統。根據切換特性，切換信號可分為任意切換和約束切換。平均駐留時間(ADT)就是一種典型的受限切換信號。在已有文獻中，ADT切換已被證明是更一般和具有更少的保守性。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種基于未知輸入觀測器的離散切換系統的魯棒故障估計方法，針對離散切換系統基于P半徑技術設計未知輸入魯棒故障估計觀測器，以保證誤差系統的穩定，故障估計對未知輸入干擾具有完全魯棒性。

技術方案：本發明提供了一種基于未知輸入觀測器的離散切換系統的魯棒故障估計方法，包括如下步驟：

步驟1：將原離散切換系統的狀態向量和故障向量整合為增廣系統的狀態向量，得到增廣系統；所述離散切換系統為：

其中，是狀態向量，是已知輸入向量，是可測輸出向量，是高斯白噪聲，是未知輸入向量，是可測噪聲向量，是故障向量，α_i表示切換信號，N表示i的取值上界，即離散切換系統中子系統的個數；i表示第i個子系統被激活，t表示時刻、n_x、n_u、n_y、n_d、n_w、n_v、n_f分別為x(t)、u(t)、y(t)、d(t)、ω(t)、υ(t)、f(t)對應向量的維數；A_i,B_i,C_i,D_di,D_υi,F_1i,F_2i是具有適當維數的矩陣，矩陣D_di是滿秩的；

步驟2：基于P半徑技術，設計一個未知輸入觀測器(UIO)來估計步驟1中增廣系統的狀態和故障；所述未知輸入觀測器為：

其中，表示的估計，是觀測器的輸出，是觀測器參數，初始狀態估計

步驟3：給出假設條件，并利用線性矩陣不等式技術和Schur補引理對觀測器進行求解；

步驟4：對故障估計誤差進行分析。