[发明专利]一种基于BG-LFT模型的机电系统的多故障隔离方法

权利要求书

1.一种基于BG-LFT模型的机电系统的多故障隔离方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，对非线性机电系统建模，得到非线性机电系统的键合图模型；

S2，按照线性分式变换的方式，建立BG-LFT模型，并根据BG-LFT模型推导出系统的解析冗余关系ARR的表达式，再分别将系统中各个参数的标称部分和不确定性部分分离；所述BG-LFT模型为对键合图模型进行线性分式变换后所得到的模型；

S3，对系统的解析冗余关系ARR进行分析，得到多故障隔离矩阵，根据多故障隔离矩阵判断系统的解析冗余关系ARR中的参数是否具有可隔离性；

S4，利用多故障隔离算法对具有隔离性的参数进行故障判断，获得故障元件信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于BG-LFT模型的机电系统的多故障隔离方法，其特征在于，步骤S1中，所述非线性机电系统的键合图模型包括：电机、传动轴、减速机构、负载；所述非线性机电系统的键合图模型的功率流向依次为由电机指向传动轴、由传动轴指向减速机构、由减速机构指向负载。

3.根据权利要求1所述的一种基于BG-LFT模型的机电系统的多故障隔离方法，其特征在于，步骤S2中，包括以下步骤：

S21，根据BG-LFT模型推导出的系统的解析冗余关系ARR的表达式如公式(1)所示：

其中，上标L表示该模型加入了线性分式变换；下标m表示键合图模型中的第m个参数，m＝1,2,3…,n；表示键合图模型中的第m个参数的隔离特征，所述隔离特征为对键合图中的传感器信号进行计算得到；表示键合图模型中的第m个参数的参数项，第m个参数既包含标称部分θ_m又包含不确定性部分Δθ_m；

S22，将系统的解析冗余关系ARR中的各个参数的标称部分和不确定性部分分离，分离后的系统的解析冗余关系ARR的表示式如公式(2)所示：

S23，对分离后的系统的解析冗余关系ARR进行提取，提取出解析冗余关系ARR中的参数只含有标称部分的部分Np，以及解析冗余关系ARR中的参数只含有不确定性部分的部分Up，提取后的系统的解析冗余关系ARR的表达式如公式(3)所示：

4.根据权利要求3所述的一种基于BG-LFT模型的机电系统的多故障隔离方法，其特征在于，步骤S3中，根据系统的未分离的解析冗余关系ARR的结构特性得到多故障隔离矩阵，获得解析冗余关系ARR中参数的可隔离性；其中，多故障隔离矩阵的行表示参数，列表示隔离特征；多故障隔离矩阵中的1表示该行的参数对该列的故障特征敏感，多故障隔离矩阵中的0表示该行的参数对该列的故障特征不敏感，且每个参数在其对应的隔离特征下的值均为1；若某个参数的隔离特征在所有隔离特征中具有唯一性，即除了该参数的隔离特征以外，该参数对其余的隔离特征均不敏感，多故障隔离矩阵该参数行在其余隔离特征列下的值均为0，则该参数具有可隔离性。

5.根据权利要求4所述的一种基于BG-LFT模型的机电系统的多故障隔离方法，其特征在于，步骤S4中，若系统的某个解析冗余关系ARR的残差高于残差阈值时，则利用多故障隔离算法对该解析冗余关系ARR中的具有可隔离性的参数进行故障判断，获得故障元件信息，即故障参数的信息；所述多故障隔离算法为：

S41，对系统中故障元件的个数i进行定义，i＝1，2，…，n，n表示系统中所有元件的个数，即系统的解析冗余关系ARR中所有参数的个数；

S42，确定故障元件的个数为i的情况下的故障集合F_i，故障集合F_i中含有个子集合，且故障集合F_i中的每个子集合f_j中均含有个i元件，即故障集合f_j中元素的个数为i，表示系统的故障由此集合f_j中的此i个元件造成；

S43，从i＝1开始至i＝n结束，依次对故障集合F_i中的每个子集合f_j进行计算，得到集合R_j中的每个元素r_j，并根据集合R_j中的每个元素r_j相应的得到集合Con_j中每个元素c_j的值，若集合R_j中的某个元素r_j的对应的数据波动小，则相应的集合Con_j中的元素c_j＝1；若波动集合R_j中的某个元素r_j的波动大，则相应的集合Con_j中的元素c_j＝0；所述波动小为波动只在系统正常情况下波动的10％以内，反之，则为波动大；若集合Con_j中某个元素c_j的值为1，则表示系统中的故障由子集合为f_j中的元素所产生，系统的故障元件为该子集合为f_j中的元素所表示的元件，且系统的故障元件的个数为该子集合为f_j中元素的个数；

其中，集合R_j中的每个元素r_j的计算方式为：

若i＝1，从j＝1开始至结束，

若i≠1，从j＝1开始至结束，定义e_k为子集合f_j中的第k个元素，k＝1，2，…，i；定义中间变量M_k，N_k，且对中间变量M_k，N_k的初始值进行定义，N_k＝N′_k-1/M_k；r_j＝N_k。