[發明專利]一種基于二維增益調節機制的兩軸雕刻機故障估計方法

在審

• 申請號: 202110541053.4
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113359438A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 楊豫鵬;夏振浩;吳珺;朱俊威;顧曹源;周巧倩;張鈞涵;王琪
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于二維增益調節機制的兩軸雕刻機故障估計方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1)，對兩軸伺服運動控制系統進行模型辨識，確定兩軸伺服運動控制系統的數學模型，經過系統辨識后得到該運動控制平臺的數學模型如下

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+E_uf_u(k) (1)

y(k)＝Cx(k)+E_yf_y(k) (2)

其中分別表示系統狀態、控制輸入、測量輸出、過程故障和傳感器故障，分別表示適當維度的系統參數矩陣，表示對應故障的參數分布矩陣，此處假設Eu為列滿秩矩陣，如果E_u＝B，則此時的過程故障f_u(k)可以被視為執行器故障，將分別記為過程故障和傳感器故障的變化率，此處假設二者都是有界的，即

其中η＞0，γ＞0；

步驟2)，基于二維增益調節機制的設計中間觀測器，過程如下：

首先，定義如下中間變量

其中ω是一個待確定的調節參數，由它最終確定中間變量τ(k)的值，根據(2)和(4)得出如下系統模型

系統的動力學方程只和時間軸參數k有關，而在后文中將要提及的新型IE中，除了沿著時間軸進行參數的更新和系統的運行以外，還考慮了在另外一個維度中對故障估計的結果進行改進，即在每一個采樣周期的間隔中額外增加一組T步更新過程；在給出觀測器的形式之前，有必要先對上述兩個維度的估計更新策略進行如下說明：為了保證故障的估計性能，引入了一種帶閾值的在線估計性能指標，IE通常沿著時間軸進行參數更新，當性能指標落在不滿足閾值條件的范圍內時，將激活在采樣周期間隔內的縱向增益調節過程，IE將在上述兩個維度的增益調節機制下運作，直到性能指標重新滿足閾值條件，然后IE將繼續沿著時間軸運行，即返回通常的一維更新模式；

步驟3)，初始化觀測器參數，計算觀測器增益L(k,t)，F(k,t)，過程如下：

初始化觀測器參數：k:＝0，k_n:＝0，t＝0，ω(k,t):＝ω(k_n,t_n)，t_s:＝0，t_max和閾值δ；啟動迭代IE，通過(6)計算觀測器增益L(k,t)，F(k,t)；

給定正標量α∈(0,1)和參數ω＞0，如果存在矩陣和標量ε＞0，滿足

則保證IE的估計誤差系統狀態一致最終有界，且滿足其中，

Π′₁₁＝Π₁₁-αP₁(k,t)，Π′₂₂＝Π₂₂-αP₂(k,t)

同時由上式得觀測器增益矩陣為：

啟動迭代IE，并得到以下估計值：

2.如權利要求1所述的一種基于二維增益調節機制的兩軸雕刻機故障估計方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟：

步驟4)，定義估計性能評價函數并根據評價函數判斷是否進行縱向更新，過程如下：

計算并定義估計性能評價函數

如果性能評價函數的值J≥δ，那么將進行縱向更新，ω(k_n,t_n):＝ω(k,t)+ξ₁，當超過最大縱向更新步長t_max時，估計性能評價函數仍大于閾值，則ω(k_n,t_n):＝ω(k,t)+ξ₂，ξ₁和ξ₂分別表示ω(k,t)在兩個維度上更新的步長；

步驟5)，根據評價函數判斷是否進行橫向更新，過程如下：

如果性能評價函數的值J≤δ，那么將進行橫向更新，并將IE得到的估計值作為當前時刻最終的估計值，即輸出

上述步驟中，觀測器增益L(k,t)和F(k,t)通過求解穩定性條件獲得，分別表示在采樣時刻k下，第t步迭代后得到的估計值，是在k時刻最終得到的估計值，此外，表示輸出估計誤差的滑動平均值，是設計的評價估計效果的性能指標，q_d代表上述滑動平均值的窗口時間，δ是根據特定系統預先選擇的閾值。