[發(fā)明專利]一種基于虛擬傳感器的離散非線性系統(tǒng)的MFAC容錯(cuò)控制方法

有效

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• 申請日: 2022-06-23
• 公開（公告）號: CN115185178B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許德智;張偉明;花斐;楊瑋林;潘庭龍;郝澤亮
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 夏蘇娟

本發(fā)明公開了一種基于虛擬傳感器的離散非線性系統(tǒng)的MFAC容錯(cuò)控制方法，包括構(gòu)建存在傳感器故障的離散時(shí)間非線性系統(tǒng)模型，并采用緊格式動(dòng)態(tài)線性化方法對其進(jìn)行線性化處理，得到基于緊格式動(dòng)態(tài)線性化系統(tǒng)模型，根據(jù)執(zhí)行器飽和時(shí)輸入大小與輸入速率的約束，得到被限制后的控制輸入，構(gòu)建抗飽和補(bǔ)償器控制算法，根據(jù)基于緊格式動(dòng)態(tài)線性化系統(tǒng)模型、被限制后的控制輸入以及構(gòu)建抗飽和補(bǔ)償器控制算法，構(gòu)建故障時(shí)自適應(yīng)容錯(cuò)控制算法，應(yīng)對傳感器故障時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)控制，本發(fā)明采用虛擬傳感器技術(shù)構(gòu)建狀態(tài)觀測器進(jìn)行估計(jì)，提高了故障估計(jì)的速率和估計(jì)精度，同時(shí)引入抗飽和補(bǔ)償器解決執(zhí)行器飽和引起的約束問題，使控制的系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于虛擬傳感器的離散非線性系統(tǒng)的MFAC容錯(cuò)控制方法。

背景技術(shù)

在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，現(xiàn)代化設(shè)施配備了各種傳感器，以實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化。由于運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，包括高溫、高壓、強(qiáng)振動(dòng)，大多數(shù)設(shè)備在長期運(yùn)行中可能出現(xiàn)傳感器故障問題，因此整個(gè)系統(tǒng)可能出現(xiàn)性能下降甚至不穩(wěn)定的情況。因此，應(yīng)強(qiáng)調(diào)傳感器故障負(fù)面影響的消除和實(shí)際反饋信號的估計(jì)問題。

近年來，一些學(xué)者對傳感器容錯(cuò)控制(FTC)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量的研究。此外，越來越多的研究人員將理論研究與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，解決了工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問題。針對基于互聯(lián)網(wǎng)的三容系統(tǒng)，一些學(xué)者提出了一種具有故障調(diào)節(jié)方法的容錯(cuò)控制策略。針對具有電流和電壓傳感器故障的脈寬調(diào)制整流器，學(xué)者提出了一種具有故障估計(jì)的容錯(cuò)控制策略。上述研究對實(shí)際傳感器容錯(cuò)控制問題的解決做出了很大的貢獻(xiàn)，但它們大多依賴于控制系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型。對于具有復(fù)雜或未知?jiǎng)恿W(xué)的現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)和設(shè)施，無模型控制方法將比基于模型的控制方法更適合于這類系統(tǒng)。

一些研究者提出無模型自適應(yīng)控制(MFAC)方法，作為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方案的一個(gè)分支，在許多領(lǐng)域不斷探索和應(yīng)用。在無模型自適應(yīng)控制中，采用動(dòng)態(tài)線性化技術(shù)將動(dòng)態(tài)未知的非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為僅基于輸入/輸出數(shù)據(jù)的等效線性模型，有助于方便實(shí)現(xiàn)與模型信息無關(guān)的控制器設(shè)計(jì)過程。目前，現(xiàn)有技術(shù)大多采用基于模型的容錯(cuò)控制解決非線性系統(tǒng)的傳感器故障問題，對于非線性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)特性未知的系統(tǒng)，并且考慮工程中常見的執(zhí)行器飽和問題，執(zhí)行器飽和時(shí)會(huì)對模型的輸入與輸出均會(huì)出現(xiàn)明顯的誤差，會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。

綜上所述可以看出，如何避免執(zhí)行器飽和對系統(tǒng)造成的影響是目前有待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于虛擬傳感器的離散非線性系統(tǒng)的MFAC容錯(cuò)控制方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中未考慮執(zhí)行器飽和造成系統(tǒng)不穩(wěn)定的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于虛擬傳感器的離散非線性系統(tǒng)的MFAC容錯(cuò)控制方法，包括：

構(gòu)建存在傳感器故障的單輸入輸出的離散時(shí)間非線性系統(tǒng)模型，并利用緊格式動(dòng)態(tài)線性化方法對所述單輸入輸出的離散時(shí)間非線性系統(tǒng)模型進(jìn)行線性化處理，得到基于緊格式動(dòng)態(tài)線性化系統(tǒng)模型；

基于所述緊格式動(dòng)態(tài)線性化系統(tǒng)模型和控制輸入的準(zhǔn)則函數(shù)，建立無故障無模型自適應(yīng)無容錯(cuò)控制算法；

根據(jù)執(zhí)行器飽和時(shí)的輸入大小和輸入速率引起的約束問題，獲取被限制后的系統(tǒng)輸入，并基于所述執(zhí)行器飽和時(shí)的系統(tǒng)輸入和實(shí)際輸入的誤差以及所述無故障無模型自適應(yīng)無容錯(cuò)控制算法，構(gòu)建抗飽和補(bǔ)償器控制算法；

基于所述抗飽和補(bǔ)償器控制算法、所述被限制后的系統(tǒng)輸入以及所述基于緊格式動(dòng)態(tài)線性化系統(tǒng)模型，構(gòu)建故障時(shí)無模型自適應(yīng)容錯(cuò)控制算法。

優(yōu)選地，所述構(gòu)建存在傳感器故障的單輸入輸出的離散時(shí)間非線性系統(tǒng)模型，并利用緊格式動(dòng)態(tài)線性化方法對所述單輸入輸出的離散時(shí)間非線性系統(tǒng)模型進(jìn)行線性化處理，得到基于緊格式動(dòng)態(tài)線性化系統(tǒng)模型包括：

構(gòu)建存在傳感器故障的單輸入單輸出離散時(shí)間非線性系統(tǒng)的模型：