[发明专利]一种电液伺服系统加性故障检测方法

说明书

本发明公开了一种电液伺服系统加性故障检测方法。该方法步骤如下：选取双出杆液压缸电液位置伺服系统作为研究对象，建立系统的非线性模型；进行非匹配加性故障和模型不确定性观测器设计及分析；进行匹配加性故障和模型不确定性观测器设计及分析；调节参数对电液伺服系统进行加性故障估计；通过设计扩张状态观测器能够有效针对匹配的加性故障进行估计；通过设计扰动观测器能够有效针对非匹配的加性故障进行估计。本发明方法中加性故障检测控制策略参数调节简单，对于轻微加性故障能够主动漏检，对严重故障能够及时警告，对早期小幅值加性故障能够及时预警，更利于在工程实际中应用。

技术领域

本发明涉及机电液伺服控制技术领域，特别是一种电液伺服系统加性故障检测方法。

背景技术

电液伺服系统由于具有功率密度大、动态响应快的突出优点，广泛应用于航空、航天、工业工程等各种领域。近年来，随着信号处理技术、人工智能技术和控制理论等基础学科的迅速发展，液压系统故障检测在国内外得到了广泛重视并取得了重要进展。

根据故障在电液伺服系统数学模型中的表现，故障类型可划分为加性故障(执行器故障、传感器故障等)和乘性故障(参数故障)。而进行故障检测的方法可以分为基于信号的故障检测和基于模型的故障检测，其中基于信号的故障检测依赖于信号测量及数据处理技术，提取故障特征以评估系统是否异常；而基于模型的故障检测则利用冗余的系统解析模型输出与系统真实输出产生残差，进而判别系统故障与否。一般而言，基于信号的故障检测较准确、虚警率较低，但数据处理量较大；而基于模型的故障检测则依赖于较准确的系统模型，易于在线实现，但故障检测的鲁棒性与敏感性权衡困难。

目前，电液伺服系统故障检测尚存在如下问题：一、缺乏行之有效的故障在线检测方法：目前绝大多数研究者都是基于已知的单一故障或少数几种故障组合，采用数据处理提取故障信号特征或者基于模型的系统参数和/或状态估计的方法，检测或辨识可能存在的故障，当面临未知故障时不仅无能为力，甚至适得其反，造成所设计的故障检测手段过于片面、难于实际使用。基于故障特征提取的数据处理技术虽然可以较好地辨识系统已知故障，但故障检出率好的算法却极为复杂、庞大和笨拙，这种复杂的故障检测方法不利于在线尽早检测、及时维护预防的目标实现，也不利于后续潜在的容错设计。基于模型的参数辨识和/或状态估计等在线学习方法虽然较易工程实现，但却存在故障学习的潜在风险，其检测阈值的选取问题，即故障检测的鲁棒性与敏感性的最优权衡问题也还远未解决。二、缺乏参数调节简单的故障检测方法：目前的故障检测方法中，参数比较多导致调节比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种效果理想、参数简单的基于扰动观测器和扩张状态观测器的电液伺服系统加性故障检测方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种电液伺服系统加性故障检测方法，该方法基于扰动观测器和扩张状态观测器，具体步骤如下：

步骤1，建立双出杆液压缸位置伺服系统数学模型；

步骤2，进行非匹配加性故障和模型不确定性观测器设计及分析；

步骤3，进行匹配加性故障和模型不确定性观测器设计及分析；

步骤4，调节参数对电液伺服系统进行加性故障估计。

进一步地，步骤1所述建立双出杆液压缸位置伺服系统数学模型，具体如下：

根据牛顿第二定律并考虑系统中的模型不确定性以及非匹配加性故障，得到系统的运动学方程为：