[發(fā)明專利]一種執(zhí)行器故障觀測(cè)器與容錯(cuò)控制器集成設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010690407.7
• 申請(qǐng)日: 2020-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111752262B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈世焜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院
• 主分類號(hào): G05B23/02
• 分類號(hào): G05B23/02
• 代理公司: 蘇州和氏璧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32390
• 代理人: 李曉星

本發(fā)明涉及一種執(zhí)行器故障觀測(cè)器與容錯(cuò)控制器集成設(shè)計(jì)方法，所述方法包括如下步驟：建立被控對(duì)象以狀態(tài)空間模型為基礎(chǔ)的具有故障系統(tǒng)模型，并將連續(xù)系統(tǒng)離散化；集成設(shè)計(jì)故障診斷觀測(cè)器與容錯(cuò)控制器；定義狀態(tài)估計(jì)誤差以及故障估計(jì)誤差，得到誤差系統(tǒng)；增廣狀態(tài)變量同時(shí)增廣廣義干擾，得到增廣系統(tǒng)；采用Lyapunov函數(shù)理論將觀測(cè)器與容錯(cuò)控制器的集成設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為加權(quán)H_∞性能指標(biāo)下增廣誤差系統(tǒng)的多目標(biāo)求解問(wèn)題，設(shè)定系統(tǒng)性能指標(biāo)；采用線性矩陣不等式(LMI)與松弛矩陣法集成求解觀測(cè)器與容錯(cuò)控制器參數(shù)。該方法計(jì)算簡(jiǎn)便，能較精準(zhǔn)及時(shí)的診斷并控制系統(tǒng)中的故障，并對(duì)系統(tǒng)不確定與擾動(dòng)具備一定抑制作用，且容錯(cuò)控制系統(tǒng)保證了系統(tǒng)的控制性能最優(yōu)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于工業(yè)過(guò)程的先進(jìn)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種執(zhí)行器故障觀測(cè)器與容錯(cuò)控制器集成設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

故障分為傳感器故障、執(zhí)行器故障以及系統(tǒng)的其他元部件故障。在所有故障中，執(zhí)行器故障在工業(yè)生產(chǎn)中最為普遍。由于存在摩擦、死區(qū)、飽和等特性，執(zhí)行器在執(zhí)行過(guò)程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些故障，這導(dǎo)致它很難達(dá)到指定或理想的位置。執(zhí)行器故障的存在會(huì)降低系統(tǒng)的運(yùn)行精度，損害系統(tǒng)的控制性能，甚至影響生產(chǎn)效率。所以對(duì)故障的準(zhǔn)確、及時(shí)診斷與可靠的容錯(cuò)控制技術(shù)對(duì)保障控制過(guò)程的穩(wěn)步高效運(yùn)行以及工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。目前針對(duì)執(zhí)行器故障診斷和容錯(cuò)控制的研究已取得了不少成果，基于故障診斷結(jié)果的容錯(cuò)控制系統(tǒng)飛速發(fā)展，但已知大部分方法均先求解觀測(cè)器參數(shù)，并將觀測(cè)狀態(tài)帶入容錯(cuò)控制器中，但當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)不確定或者傳輸出現(xiàn)延遲、丟失，容錯(cuò)控制性能會(huì)大打折扣，甚至影響系統(tǒng)運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)或相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種執(zhí)行器故障觀測(cè)器與容錯(cuò)控制器集成設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟

步驟1.針對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)，并考慮系統(tǒng)噪聲干擾，以及執(zhí)行器故障，則建立被控對(duì)象以狀態(tài)空間模型為基礎(chǔ)的具有故障系統(tǒng)模型，具體是：

步驟1.1.選取被控對(duì)象，構(gòu)建被控對(duì)象狀態(tài)方程為：

式中x∈Rⁿ，u∈R^q，y∈R^m，z∈R^h分別代表狀態(tài)，控制輸入，系統(tǒng)輸出和系統(tǒng)的被控輸出，f∈R^q，d∈R^m分別表示執(zhí)行器故障和傳感器擾動(dòng)，A_c，B_c，C_c，D_c1，D₂為常數(shù)矩陣。

步驟1.2.將被控對(duì)象按照傳感器的采樣周期h離散化：

式中：

步驟2.集成故障診斷與容錯(cuò)控制的觀測(cè)器設(shè)計(jì)如下：

其中：表示x(k)的狀態(tài)估計(jì)，表示故障估計(jì)，L∈R^n×m，M∈R^q＝m表示待設(shè)計(jì)的參數(shù)矩陣。

步驟3.定義狀態(tài)估計(jì)誤差以及故障估計(jì)誤差和Δf(k)＝f(k+1)-f(k)，可得

步驟4.增廣狀態(tài)變量：增廣廣義干擾：w(k)＝[d^T(k) Δf^T(k)]，繼而得到增廣系統(tǒng)

其中：

步驟5.觀測(cè)器與容錯(cuò)控制器性能設(shè)定