[发明专利]针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法

权利要求书

1.一种针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，建立牵引电机状态方程和输出方程,并将状态向量和故障向量扩充为一个增广向量,得到增广系统状态空间描述方程；

步骤2，针对所建立的增广系统状态空间描述方程，设计在未知输入观测器基础上的区间观测器，构造增广系统误差动态方程；

步骤3，根据增广系统状态空间描述方程，得到基于未知输入观测器和区间观测器的高速列车牵引电机故障诊断观测器增益矩阵；

步骤4，对增广系统进行等价线性变换，使得系统误差分布矩阵满足Metzler矩阵，根据所设计的观测器得到状态估计值以完成在线故障诊断和故障估计。

2.如权利要求1所述的针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法，其特征在于：所述步骤1中，牵引电机状态空间模型为：

其中，x(t)∈Rⁿ、u(t)∈R^p、d(t)∈R^m、y(t)∈R^q、f(t)∈R^r、f_a(x(t))∈Rⁿ分别为系统的状态向量、输入向量、外界扰动向量、输出向量、系统传感器故障、系统非线性项，A、B、C分别为系统的状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵，矩阵E_d为扰动分布矩阵，矩阵E_f为故障分布矩阵；

x(t)＝[x₁ x₂ x₃ x₄ x₅]^T＝[i_qs i_ds λ_qr λ_dr ω_m]^T,

d(t)＝ΔT_L,

式中，R_s为定子电阻，R_r为转子电阻，T_L为负载转矩，ΔT_L为外界扰动向量，状态变量x₁,x₂,x₃,x₄,x₅分别对应i_qs,i_ds,λ_qr,λ_dr,ω_m，其中，i_qs、i_ds分别为q轴和d轴的定子电流，λ_qr、λ_dr分别为q轴和d轴的转子磁通，ω_m为机械旋转角速度，L_s、L_r分别为定子和转子自感，L_m为定子和转子之间的互感，n_p为电机极对数，d(t)是外界扰动向量，ω_s是旋转速度，J为电机的转动惯量。

3.如权利要求2所述的针对高速列车牵引电机非线性系统传感器的故障诊断方法，其特征在于：所述步骤1中，定义：增广状态向量增广系统矩阵增广输入矩阵增广输出矩阵增广干扰分布矩阵增广故障分布矩阵系统状态向量和故障向量扩充为一个增广向量：

其中，为故障的微分，I_r表示一个r×r维的单位阵；

结合进一步地得到一种等价的增广系统状态空间描述方程：

其中，适维矩阵和是未知输入故障诊断观测器增益矩阵。