[发明专利]一种载体俯仰通道控制系统鲁棒故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种故障诊断方法，特别是具有鲁棒性的一种载体俯仰通道控制系统鲁棒故障诊断方法。

背景技术

系统故障诊断方法广义上分为两大类：基于知识和基于系统模型的方法。基于知识的故障诊断方法优点是，不借助系统解析模型但需要大量系统工况信息进行故障推理及判断。但其缺点是故障的分离和估计比较困难，尤其不便于故障的在线诊断，对小故障判断失效。随着系统强耦合性及对其可靠性要求的提高，基于知识的故障诊断方法不能满足高性能指标要求。建模理论及控制理论的完善推动了基于系统模型故障诊断方法的发展，基于模型的故障诊断方法充分利用了深层次的系统信息，系统对内存要求较低，通过构造相应的故障诊断观测器，可估计出系统故障幅值、故障发生时刻，进行故障诊断。进一步可利用估计的故障信息构造容错控制器，保证系统在故障模式下可平稳运行。对小故障的早期诊断及提高系统可靠性相比基于知识的方法有很大优势。

故障诊断是保证系统安全可靠运行的核心关键技术，综述近年来国内外控制系统故障诊断研究现状，目前控制系统故障诊断主要采用基于模型的确定线性系统、系统模型精确和随机干扰信号统计特性已知基础上的传统故障诊断方法。而在实际应用中由于控制系统的应用环境非常复杂，不可避免的存在许多不确定性因素，使模型存在着不确定性或干扰信号统计特性不完全已知，这些不确定因素使得传统的基于线性系统模型的控制系统故障诊断准确率大大降低，严重时会引起系统误操作而产生严重后果。近年来随着泛函分析与算子理论的日益完善，鲁棒控制得到了广泛应用。人们将鲁棒控制的思想引入到故障诊断中来，形成了鲁棒故障诊断理论。

目前针对不确定性非线性系统的故障诊断研究集中在滑模变结构等值原理、干扰解耦原理以及构造相应故障诊断观测器进行故障决策。但方法大都存在算法鲁棒性差、诊断误报率大、收敛性差以及对扰动分析不足的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了提高载体俯仰通道控制系统可靠性，设计了一种载体俯仰通道控制系统鲁棒故障诊断方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种载体俯仰通道控制系统鲁棒故障诊断方法，包括以下几个步骤：

步骤一：建立俯仰通道控制系统的状态空间描述，得到俯仰通道控制系统的未知输入扰动；

步骤二：确定满足系统稳定的未知输入扰动约束条件；

步骤三：确定鲁棒故障诊断观测器鲁棒度性能指标；

步骤四：对带有未知输入扰动和故障的俯仰通道控制系统构造鲁棒故障诊断观测器；

步骤五：通过比较鲁棒故障诊断观测器输出的残差与门限阈值的关系进行故障决策。

本发明一种载体俯仰通道控制系统鲁棒故障诊断方法还可以包括：

1、载体俯仰通道控制系统的动力学方程为：

俯仰力矩δ_z为载体俯仰通道控制系统升降舵偏角，X(ma,α),Y(ma,α),分别为载体的气动参数，m为载体质量，a为攻角，p为载体姿态控制系统的发动机脉冲推力，为俯仰角，θ为载体倾角，J_z为载体绕z轴的转动惯量，ω_z为绕z轴的旋转角速度，v为载体初始速度，x为载体横坐标，y为载体纵坐标；

俯仰通道控制系统的状态空间描述为：

其中，状态矩阵状态矩阵B=0_7×1，非线性函数h(x(t),u(t))=0，u(t)为控制输入，d(t)为系统的加性干扰，

俯仰通道控制系统的未知输入扰动为：

其中，系统的加性干扰：d_i(t)=0.01sin(t)i=1,2...7。

2、满足系统稳定的未知输入扰动约束条件为：

||g(x(t),u(t),d(t),t)||/||x(τ)||-β₃<-ω/M

式中，记β₀(t)=||Bu(t)||,β₁(t)=||h(x(t),u(t))||，β₃为满足(β₁(t)-β₀(t))≤β₃||x(τ)||的正数，M≥1,ω<0,t≥0，得到未知输入扰动的最大容许值||g||_max。

3、鲁棒故障诊断观测器鲁棒度性能指标为：