[發明專利]基于自適應未知輸入觀測器的快速故障估計方法及設備有效

申請號：	202110289496.9	申請日：	2021-03-18
公開（公告）號：	CN113031570B	公開（公告）日：	2022-02-01
發明（設計）人：	馬廣富;郭延寧	申請（專利權）人：	哈爾濱工業大學
主分類號：	G05B23/02	分類號：	G05B23/02
代理公司：	沈陽天贏專利代理有限公司 21251	代理人：	孫萬玲
地址：	150001 黑龍***	國省代碼：	黑龍江;23
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摘要：
搜索關鍵詞：	基于自適應未知輸入觀測器快速故障估計方法設備
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【權利要求書】：

1.一種基于自適應未知輸入觀測器的快速故障估計方法，其特征在于，包括：

建立動態控制系統的非線性系統模型；所述非線性系統模型包含執行器故障和傳感器故障；

根據所述非線性系統模型的增廣狀態向量建立增廣系統模型；所述增廣狀態向量由非線性系統模型的狀態向量和所述傳感器故障進行定義；

根據所述增廣系統模型建立自適應未知輸入觀測器，使所述自適應未知輸入觀測器滿足第一條件；

計算所述自適應未知輸入觀測器與所述增廣系統模型之間的增廣狀態估計誤差和執行器故障估計誤差；

通過線性矩陣不等式對所述自適應未知輸入觀測器進行誤差優化，計算優化后的觀測器參數；

根據優化后的自適應未知輸入觀測器對所述非線性系統模型的執行器故障以及傳感器故障進行估計；

所述第一條件為：

L₃E+L₄H＝I_n+h

其中，L₃為所述自適應未知輸入觀測器的增益矩陣第三參數；L₄為所述自適應未知輸入觀測器的增益矩陣第四參數；E為由單位矩陣和零矩陣構成的擴展矩陣，即E＝[I_n 0_n×h]，I_n為n維的單位矩陣，n為非線性系統狀態向量的維數；H為由C_h和F_s構成的增廣輸出增益矩陣，即H＝[C_h F_s]，C_h為輸出增益矩陣，F_s為傳感器故障矩陣；I_n+h為n+h維的單位矩陣，h為傳感器故障向量的維數；

所述自適應未知輸入觀測器為：

其中，為z的導數，z為所述自適應未知輸入觀測器的狀態信息；u為增廣系統的輸入；為x的估計值；為y的估計值，y為增廣系統的輸出；為f_a的估計值，f_a為非線性系統執行器故障，為的導數；e_y為與y的差值；為e_y的導數；x為包含所述非線性系統模型的狀態向量和傳感器故障的增廣狀態向量，f_s為非線性系統傳感器故障，f_s^T表示f_s的轉置運算，x_h為非線性系統狀態，為x_h的轉置運算；為非線性系統經增廣狀態處理后的非線性函數的估計值；L₁為所述自適應未知輸入觀測器的增益矩陣第一參數；L₂為所述自適應未知輸入觀測器的增益矩陣第二參數；L₃為所述自適應未知輸入觀測器的增益矩陣第三參數；L₄為所述自適應未知輸入觀測器的增益矩陣第四參數；B為控制輸入增益矩陣，即B＝B_h；α為增益系數；P為對稱正定矩陣；P^-1表示對稱正定矩陣P的逆矩陣運算；H為增廣輸出增益矩陣，H^T表示矩陣H的轉置運算；F_a為執行器故障矩陣；G₁為第一故障估計系數矩陣；G₂為第二故障估計系數矩陣。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述非線性系統模型為：

其中，x_h為非線性系統狀態；為x_h的導數；y_h為非線性系統輸出；ξ_d為過程干擾；ξ_s(t)為測量噪聲；u為控制輸入；g_h(x_h，t)為非線性系統的非線性函數；f_a為非線性系統的執行器故障；f_s為非線性系統的傳感器故障；A_h為狀態增益矩陣；B_h為控制輸入增益矩陣；C_h為輸出增益矩陣；F_a為執行器故障矩陣；F_s為傳感器故障矩陣；D_d為過程干擾增益矩陣；D_s為測量噪聲增益矩陣，t為時間變量。