[發明專利]一種死區非光滑三明治系統的故障定位方法

有效

• 申請號: 202110025922.8
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112987683B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 周祖鵬;劉旭鋒
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 童世鋒

本發明公開了一種死區非光滑三明治系統的故障定位方法，該方法通過構建死區非光滑三明治系統的狀態空間方程，然后根據構建的死區非光滑三明治系統的狀態空間方程，構造能隨系統工作區間變化而自動切換的非光滑觀測器，并給出該觀測器的存在條件；通過在三明治系統的輸入端和輸出端分別布置高精度光學數字編碼器，通過高精度光學數字編碼器獲取系統的輸入、輸出數據，利用構造的觀測器估計系統的狀態，計算并繪制狀態及狀態估計誤差；最后分析故障與狀態估計誤差對應關系，確定系統故障的發生位置及類型。該方法僅僅需要已知系統的輸入和輸出號，采樣數據種類少，使用簡單、定位可靠性高。

技術領域

本發明涉及非線性系故障定位領域，具體是一種死區非光滑三明治系統的故障定位方法。

背景技術

在工業中存在一類系統死區三明治系統。由線性子系統L₁、非光滑環節N、線性子系統L₂三個子系統串聯連接。該系統的三個子系統都有可能出現故障。含有齒輪傳動或帶傳動的機械裝置均可以看作三明治系統，如汽車變速箱，車床的傳動系統、生產流水線、火炮塔臺的轉向系統、大型天文望遠鏡角度調整系統等。該類系統發生故障后，排除故障的首要條件就是找到故障發后的部位。目前的故障定位技術主要應用于高壓輸電線路或電網等系統中的故障定位。如中國專利公開號為CN110531222A的發明專利，公開了一種基于Matlab的高壓輸電線路故障定位方法，針對高壓輸電線路上可能存在的短路和接地故障，運用對稱分量法，通過分析Matlab和Simulink軟件的仿真結果，定位高壓輸電線路上故障點的距離。中國專利公開號為CN111965490A的發明專利，公開了一種基于仿真的微電網故障定位方法，在微電網中的各個節點布置故障檢測裝置，用于檢測節點的狀態信號，并通過微處理器提出節點狀態特性，通過實驗仿真分析獲得故障類型及對應的故障檢測裝置，即確定故障節點。對于三明治系統的故障定位還很少有研究。本發明針對現有技術的不足，公開了一種狀態估計誤差法定位系統的故障。

發明內容

本發明的目的克服現有技術的不足，而提供一種死區非光滑三明治系統的故障定位方法，該方法可以精確的定位死區非光滑三明治系統中的三種故障。

實現本發明目的的技術方案是：

一種死區非光滑三明治系統的故障定位方法，包括如下步驟：

1)利用關鍵項分離原則和切換函數，構建能準確描述含有故障的死區三明治系統的非光滑狀態空間方程，由于死區非線性特性的特點是輸出的大小只與當前時刻的輸入的大小有關，與前一時刻的輸入輸出無關，其中在含有故障的死區三明治系統中，u(k)和y(k)分別是可測的輸入、輸出變量，v₁(k)和v₂(k)是不可測的中間變量，L₁代表前端線性子系統，L₂代表后端線性子系統，D₁和D₂是死區的寬度，m₁和m₂是線性區的斜率，f(k)代表系統的故障，針對含有故障的死區三明治系統時建立系統的狀態空間方程，具體如下：

1-1)建立線性子系統的狀態空間方程：根據線性系統理論，線性子系統L₁的狀態空間方程如下所示：

根據線性系統理論，線性子系統L₂的狀態空間方程如下所示：