[發(fā)明專利]一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的非線性系統(tǒng)執(zhí)行器故障因子的辨識(shí)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010626098.7
• 申請(qǐng)日: 2020-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN111610779B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 池榮虎;魏陽春;惠宇;姚文龍;林娜;張慧敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B23/02
• 分類號(hào): G05B23/02
• 代理公司: 青島中天匯智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 袁曉玲

1.一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的非線性系統(tǒng)執(zhí)行器故障因子的辨識(shí)方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟1、建立非線性系統(tǒng)：

考慮一個(gè)離散時(shí)間非線性系統(tǒng)，如下所示：

y(k+1)＝f(y(k),…,y(k-n_y),u(k),…,u(k-n_u))；

其中，

y(k)表示第k時(shí)刻，系統(tǒng)的輸出；

u(k)表示第k時(shí)刻，系統(tǒng)的控制輸入；

n_y和n_u是兩個(gè)未知的正整數(shù)，代表系統(tǒng)的階數(shù)；

f(·)表示未知的非線性函數(shù)；

系統(tǒng)滿足廣義Lipschitz條件，當(dāng)△u(k)≠0、△y(k)≠0時(shí)，|△y(k+1)|≤b₁|△u(k)|+b₂|△y(k)|；

其中，

b₁、b₂均為正數(shù)；

△u(k)＝u(k)-u(k-1)，△y(k)＝y(tǒng)(k)-y(k-1)；

步驟2、將非線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)線性化為帶執(zhí)行器故障失效因子的等價(jià)線性數(shù)據(jù)模型：

其中，

w(k+1)表示第k+1時(shí)刻，系統(tǒng)的擾動(dòng)；

v(k)表示第k時(shí)刻，系統(tǒng)的測(cè)量噪聲；

x(k)表示第k時(shí)刻，系統(tǒng)的狀態(tài)；

u(k)＝[u(k) u(k-1)]^T；

B_f(k)＝(1-δ(k))B(k)；

表示第k時(shí)刻定義的偽偏導(dǎo)數(shù)；

δ(k)為第k時(shí)刻的執(zhí)行器故障的失效因子，其取值范圍為δ(k)∈[0,1]，當(dāng)δ(k)＝1，代表執(zhí)行器在第k時(shí)刻完全失效，δ(k)＝0表示執(zhí)行器在第k時(shí)刻工作正常，0δ(k)1表示執(zhí)行器故障后損失的執(zhí)行驅(qū)動(dòng)能力；

步驟3、設(shè)計(jì)更新算法估計(jì)線性數(shù)據(jù)模型中的偽偏導(dǎo)數(shù)：

若或|△u(k-1)|≤ε或

其中，

代表對(duì)第k時(shí)刻的的估計(jì)；

μ0為權(quán)重因子；

η∈(0,1]為步長(zhǎng)因子；

ε是一個(gè)正數(shù)；

是的初始值；

步驟4、設(shè)計(jì)狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)：

其中，

表示在時(shí)刻k+1對(duì)狀態(tài)x(k+1)的估計(jì)值；

表示在時(shí)刻k對(duì)狀態(tài)x(k)的估計(jì)值；

表示在時(shí)刻k對(duì)狀態(tài)x(k+1)的估計(jì)值；

g(k+1)表示第k+1時(shí)刻的增益算子；

∑_ee(k+1)表示第k+1時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)偏差的方差；

∑_ww(k+1)表示第k+1時(shí)刻的系統(tǒng)擾動(dòng)的方差；

∑_vv(k+1)表示第k+1時(shí)刻的系統(tǒng)測(cè)量噪聲的方差；

第k時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)偏差定義為

步驟5、設(shè)計(jì)故障因子的在線估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)故障因子的估計(jì)：

其中，

表示對(duì)第k時(shí)刻的故障因子δ(k)的估計(jì)；

△∑(k+1)＝∑'_ee(k+1)-∑_ee(k+1)；

∑'_ee(k+1)表示第k+1時(shí)刻故障后系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)值的方差；

∑_uu(k)＝E(u(k)u(k)^T)表示第k時(shí)刻的系統(tǒng)控制輸入的方差；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于：步驟2的動(dòng)態(tài)線性化過程主要包括以下步驟：

步驟2.1、對(duì)于步驟1所述非線性系統(tǒng)，使用動(dòng)態(tài)線性化，當(dāng)△u(k)≠0時(shí)，存在偽偏導(dǎo)數(shù)得到：

其中，b為一個(gè)正常數(shù)；

步驟2.2、對(duì)系統(tǒng)施加擾動(dòng)，令x(k)＝y(tǒng)(k)，得到：

其中，u(k)＝[u(k)u(k-1)]^T；

步驟2.3、對(duì)系統(tǒng)加入執(zhí)行器故障的失效因子，則原非線性系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)化為：

其中，B_f(k)＝B(k)(1-δ(k))。