[發(fā)明專利]一種采樣機(jī)械臂閉環(huán)控制系統(tǒng)的小故障檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110331788.4
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113110377B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王敏;劉雅梅;曾宇鵬;戴詩陸
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué);佛山紐欣肯智能科技有限公司
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發(fā)明公開了一種采樣機(jī)械臂閉環(huán)控制系統(tǒng)的小故障檢測方法，該方法包括以下步驟：設(shè)計離散時間機(jī)械臂的自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器；構(gòu)造動態(tài)估計器逼近系統(tǒng)未知動態(tài)；計算故障引起的系統(tǒng)動態(tài)殘差與控制器補(bǔ)償?shù)臍埐睿M(jìn)一步得出增強(qiáng)的總可測故障殘差；計算加權(quán)遞推的絕對故障殘差累積值；設(shè)計故障檢測決策方案，將實時計算得到的故障殘差累積值與自適應(yīng)閾值進(jìn)行比較，若存在某個時刻，使得故障殘差累積值大于自適應(yīng)閾值，則判定該時刻機(jī)械臂發(fā)生故障；本發(fā)明的故障檢測方案保證了機(jī)械臂系統(tǒng)發(fā)生故障后，實現(xiàn)對故障的快速檢測，通過加權(quán)遞推的絕對殘差累積機(jī)制，解決了故障頻繁變化以及故障診斷速度慢的問題，保障了故障檢測系統(tǒng)的安全性和快速性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人故障檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采樣機(jī)械臂閉環(huán)控制系統(tǒng)的小故障檢測方法。

背景技術(shù)

故障檢測是現(xiàn)代工程系統(tǒng)中的一個重要問題，迄今已受到廣泛關(guān)注，現(xiàn)代工程系統(tǒng)對安全性和可靠性的要求越來越高,故障檢測的主要目標(biāo)是在實時操作期間識別系統(tǒng)故障的發(fā)生。及時準(zhǔn)確的故障診斷對于許多工程系統(tǒng)的可靠和有效運行至關(guān)重要，尤其是那些關(guān)鍵安全，如航空發(fā)動機(jī)、化學(xué)過程、工業(yè)機(jī)器人、電力網(wǎng)絡(luò)等。

小故障通常是指那些小于系統(tǒng)不確定性(例如，未建模動態(tài)或干擾/噪聲)的故障，這些故障通常出現(xiàn)在較大故障發(fā)生之前的早期階段。小故障的早期檢測有助于避免較大的故障和災(zāi)難性的后果，并且有助于最小化維護(hù)活動和成本。然而，在非線性不確定系統(tǒng)中，小故障難以檢測，因為它們可能隱藏在未建模的系統(tǒng)動力學(xué)中。此外，從實時閉環(huán)控制中檢測故障也是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。這是因為故障的影響通常會被控制器所補(bǔ)償，難以檢測。閉環(huán)控制系統(tǒng)通常對外部故障具有魯棒性，控制器能夠補(bǔ)償故障的影響，從而保持跟蹤和調(diào)節(jié)性能。當(dāng)故障幅度相對較小時尤其如此，因此只能獲得很少的故障信息用于故障診斷。鑒于此，如何從實時閉環(huán)控制系統(tǒng)中有效處理控制器補(bǔ)充的故障信息，如何快速準(zhǔn)確地進(jìn)行故障診斷是急需解決的挑戰(zhàn)性問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷與不足，本發(fā)明提供一種采樣機(jī)械臂閉環(huán)控制系統(tǒng)的小故障檢測方法，針對在非線性不確定系統(tǒng)中難以檢測到小故障的問題，提出了一種基于確定學(xué)習(xí)的動態(tài)估計方法，能夠?qū)ο到y(tǒng)的不確定動態(tài)進(jìn)行有效和精確的建模，實現(xiàn)了對故障信息的估計；針對閉環(huán)系統(tǒng)由于控制器的補(bǔ)償作用而難以檢測到故障的問題，設(shè)計了基于控制器補(bǔ)償?shù)目偪蓽y故障殘差檢測方案，能夠消除控制器對故障信息的補(bǔ)償作用，實現(xiàn)了對可檢測故障信息的增強(qiáng)，保證了對故障的快速檢測；同時在此基礎(chǔ)上，通過設(shè)計一個加權(quán)遞推的絕對殘差累積機(jī)制，解決了故障頻繁變化以及故障診斷速度慢的問題，保障了故障檢測系統(tǒng)的安全性和快速性。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種采樣機(jī)械臂閉環(huán)控制系統(tǒng)的小故障檢測系統(tǒng)。

本發(fā)明的第三目的在于提供一種存儲介質(zhì)。

本發(fā)明的第四目的在于提供一種計算設(shè)備。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種采樣機(jī)械臂閉環(huán)控制系統(tǒng)的小故障檢測方法，包括下述步驟：

建立基于數(shù)據(jù)采樣的機(jī)械臂動力學(xué)模型和期望回歸軌跡模型，設(shè)計自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器；

構(gòu)造動態(tài)估計器逼近系統(tǒng)未知動態(tài)；

計算系統(tǒng)總可測故障殘差；

總可測故障殘差φ_e(k)通過下式計算：

φ_e(k)＝φ_f(k)-φ_u(k)

φ_f(k)為故障動態(tài)殘差，即故障所引起的系統(tǒng)動態(tài)殘差：

φ_u(k)為控制器補(bǔ)償?shù)臍埐睿纯刂破鲗ο到y(tǒng)故障的補(bǔ)償作用：