[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

一種基于二維增益調節機制的兩軸雕刻機故障估計方法，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；步驟2)，基于二維增益調節機制的設計中間觀測器；步驟3)，初始化觀測器參數，計算觀測器增益L(k,t)，F(k,t)。本發明通過二維增益調節機制在線調節一些關鍵參數，從而提高在線故障估計性能，提高估計效果的可靠性，提高了故障估計的精度。

技術領域

本發明屬于故障檢測估計領域，具體提出了一種同時估計過程故障和傳感器故障的基于IE的在線故障估計方法。提出了一種動態的二維增益調節機制，該機制通過在線調節一些關鍵參數，從而提高在線故障估計性能。

背景技術

在某些需要實時監管的復雜工業場景中，由于可能發生系統部件老化或者不當操作，會不可避免地導致工作機床本體過程故障或數控系統傳感器故障，因而無法及時地在突發情況中實現預定的控制性能。為了解決這一問題，需要首先識別和估計故障，并且采用在線實時識別的方式，該模式將比通過歷史數據考察設備運作情況更精確。故障估計技術，是保證系統有效運行的強有力的工具，因為除了能夠獲得故障發生的時間外，設備操作員還可以得知故障的波形、大小以及系統損壞的程度。

現階段基于解析模型的故障估計方法包括：滑模觀測器、自適應觀測器、未知輸入觀測器、魯棒觀測器等等。其中，基于性能指標最差情況下的魯棒擴張狀態觀測器(ESOs)是在故障診斷領域中最常見的方法。然而，上述故障估計觀測器大多是離線設計，應對某些復雜多變的系統時，難以靈活地提高其故障估計效果。具體來說，滑模觀測器和自適應觀測器中間觀測器(Intermediate estimator，IE)，可以獲得故障估計誤差的上界，但是該上界通常是一個非常大的數，這就很難反映出有效的估計性能。由于魯棒ESOs的設計是基于性能指標效果最差情況下的優化策略，因此同樣的問題也發生在這類觀測器中。另一方面，需要強調的是，現有的故障估計方法在保守性上仍然較為嚴格，例如魯棒ESOs通常使用凸包理論求解一些線性矩陣不等式，但是實際系統參數只用到由凸集中構成頂點的一小部分。此外，自適應觀測器需要設定幾個等式約束，當系統參數發生變化時，這些約束條件很難被滿足。發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于二維增益調節機制的兩軸雕刻機故障估計方法，提出的動態的二維增益調節機制能夠在線調節一些關鍵參數，提高在線故障估計性能。

本發明為解決上述技術問題提供了如下技術方案：

一種基于二維增益調節機制的兩軸雕刻機故障估計方法，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