[發明專利]適用于多電堆燃料電池系統的傳感器故障的分布式故障檢測方法

有效

• 申請號: 202011283713.5
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112421081B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 吳小娟;羅浩文
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M8/04664
• 分類號: H01M8/04664;H01M8/04298;H01M8/04992
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 周劉英

1.一種適用于多電堆燃料電池系統的傳感器故障的分布式故障檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：基于多電堆燃料電池系統模型，將燃料電池堆系統構建成多個相互互聯的子系統；

采用的子系統模型具體為：

y_i＝C_ix_i2+β_i(t-t_i)θ_i(t)i,j＝1,...,M,i≠j

其中，M表示子系統數量，表示第i個子系統的狀態x_i的微分，且狀態x_i＝[x_i1 x_i2]^T∈Rⁿ，x_i1∈R^n-l和x_i2∈R^l分別表示不可測狀態和可測狀態，n表示狀態總數，l表示可測狀態數；u_i和y_i∈R^l分別表示第i個子系統的輸入變量和輸出變量；x_j和u_j分別表示與第i個子系統相連的子系統j的狀態和輸入變量，A_i和C_i分別表示線性矩陣和輸出矩陣，ρ_i(x_i,u_i)∈Rⁿ、H_ij(x_i,x_j,u_i,u_j)∈Rⁿ和η_i(x_i,x_j,u_i,u_j)∈Rⁿ分別是第i個子系統的非線性項、與第j個子系統的互聯項和不確定項；θ_i(t)表示傳感器偏置函數，β_i(t-t_i)表示階躍函數，t和t_i分別表示系統運行時間和第i個系統的故障發生時間；

將非線性項ρ_i(x_i,u_i)、互聯項H_ij(x_i,x_j,u_i,u_j)和不確定項η_i(x_i,x_j,u_i,u_j)根據可測和不可測狀態維度分割為：

將線性矩陣A_i分割成四個矩陣塊A_i1、A_i2、A_i3和A_i4，即

步驟2：為每個子系統設置一個局部故障檢測估計器和一個自適應故障檢測閾值：

所述局部故障檢測估計器為：

其中，下標d用于表示與故障檢測估計器相關的量，表示局部故障檢測估計器對第i個子系統的狀態估計的微分，且其中，和分別表示不可測狀態和可測狀態的估計，和L_d,i∈R^l×l分別表示第i個子系統的局部故障檢測估計器的輸出和估計增益；

則故障檢測殘差信號

將局部故障檢測估計器的輸出與實際電池堆的輸出間的差值作為故障檢測殘差信號；

當任意子系統的故障檢測殘差信號超過其自適應故障檢測閾值時，則判斷整個系統發生故障，并啟動對所有子系統的故障隔離檢測；

每個子系統的自適應故障檢測閾值為：

其中,下標p用于表示第p個分量，且p∈R^l，k_d,ip和λ_d,ip為正常數，且滿足e表示自然底數；

其中，和分別表示和ρ_i2(x_i,u_i)的李普希茨邊界；

χ_d(τ)表示不可測狀態的局部故障檢測估計器的估計誤差：

其中，表示不可測狀態的初始估計誤差，c＝λ_min(Ο_d)/λ_max(P_d)，λ_min(·)和λ_max(·)分別表示取最小和最大特征值，P_d＝diag{P_d,i,...,P_d,M}，P_d,i表示第i個子系統的局部故障檢測估計器的對稱正定矩陣，且滿足

矩陣Ο_d∈R^M×M為：

其中，是的Lipschitz常數；

是不確定項η_i(x_i,x_j,u_i,u_j)的邊界函數，滿足：

步驟3：為每個子系統設置一個局部故障隔離估計器和一個自適應故障隔離閾值；

所述局部故障隔離估計器為：

其中，下標s用于表示與故障隔離估計器相關的量，表示局部故障隔離估計器對第i個子系統的狀態估計的微分，且其中和分別表示不可測狀態和可測狀態的估計，和L_s,i∈R^l×l分別表示第i個子系統的局部故障隔離估計器的輸出、傳感器偏置估計和估計增益；Ω_i1∈R^(n-l)×l和Ω_i2∈R^l×l分別表示不可測狀態和可測狀態的輔助變量，Γ表示對稱正定的學習率矩陣，表示投影運算限制到已知集合Θ_i，Θ_i表示的取值范圍；

則故障隔離殘差信號

將局部故障隔離估計器的輸出與實際電池堆的輸出間的差值作為故障隔離殘差信號；

當任意子系統的故障隔離殘差信號超過其自適應故障隔離閾值時，則判定當前子系統被隔離，且未被隔離的子系統則發生了故障；

每個子系統的自適應故障隔離閾值為：

其中，T_d表示當前故障時刻，k_s,ip和λ_s,ip為正常數，滿足K_i滿足χ_s(τ)是不可測狀態的局部故障隔離估計器的估計誤差邊界，定義為：

其中，b＝λ_min(Ο_s)/λ_max(P_s)，P_s＝diag{P_s,i,...,P_s,M}，P_s,i表示使第i個子系統的局部故障隔離估計器的對稱正定矩陣，且滿足矩陣Ο_s∈R^M×M被定義為：

α_i、分別表示第i個子系統的傳感器偏置的變化率邊界和傳感器變化邊界，且滿足

F_ip∈R^l表示除了第p個元素為1外其余為0的常向量；

ω_i2為正常數，且滿足|x_s,i2(T_d)|≤ω_i2。