[发明专利]一种基于鲁棒区间估计的故障检测方法

说明书

本发明公开了一种基于鲁棒区间估计的故障检测方法，包括如下步骤：设计考虑干扰因素的模型不确定性系统，并针对该模型不确定性系统设计区间观测器；结合模型不确定性系统和区间观测器，建立增广误差系统；据模型不确定性系统的参数，并结合l_∞准则优化区间观测器的参数，提出区间观测器存在的充分条件；应用迭代算法，将区间观测器设计过程中的双线性问题转化成两个线性问题；考虑区间观测器在故障检测领域方面的应用，利用区间观测器的输出和模型不确定性系统的真实输出，构造残差进行对故障的检测。本发明不仅解决了系统中存在不确定参数的系统状态的估计，还将此方法应用于故障检测中，十分具有现实意义和实用价值。

技术领域

本发明涉及系统控制领域，具体涉及一种基于鲁棒区间估计的故障检测方法。

背景技术

在最近几十年，状态估计技术取得了学者们的大量关注。学者经常根据实际情况，结合控制理论和相关的数学工具，在理论层面上进行大量的研究。特别是在龙伯格观测器(Luenberger observer)和卡尔曼滤波器(Kalman filter)的出现之后，状态估计相关技术得以飞速发展。但是在工程中的应用，由于成本效益或传感器缺乏可靠性等原因，系统状态值经常面临无法测量的情况。这是因为实际情况中，系统和输出会存在一些扰动，所以已有的一些方法很难进行准确的测量。状态估计技术在实际应用中碰到的问题不断推动着理论上的研究，就形成了理论解决工程问题，而工程问题引导理论发展的方向。然而实际应用中仍有不少问题没有解决，所以学者们在状态估计这一领域的研究仍然处在一个发展的过程。随着状态估计技术在实际中的应用越来越广泛，状态估计技术不断的要求越来越高，各种技术发明和理论创新不断涌现，这为状态估计问题的解决提供了可能。

另一方面，在系统和控制领域，正系统的研究在近几年引起了学者们的广泛关注。正系统的变量涉及自然非负的量。换句话说，正系统在任何时候都取非负值，因为它们通常表示应用领域中材料的浓度或数量。从经济和社会学到生态学和生物学，正系统在各个领域都有广泛的应用。例如，储罐中的液体量，生态系统中的物种数量以及化学过程中的物质浓度均由非负数量表示。因此，研究正系统非常具有实际意义。在理论分析中，由于正系统定义在圆锥而不是线性空间上，因而具有许多独特的功能。不过因为以前用于一般系统的常规方法不再适用于正系统，所以在应用正系统理论的时候也会出现许多新问题。例如，在一般线性系统理论中，如果系统是可控制的，则系统的极点可以任意放置，而对于正线性系统，由于对系统矩阵的正性约束，此功能可能不成立。鉴于正系统的广泛应用和特殊特性，有必要研究正系统的分析和综合问题。

区间观测器由两个对偶的差分系统组成的，且能根据有界的不确定参数提供有界的估计。区间观测器通常根据单调系统理论来进行分析设计，并在大量的实际应用中体现了该方法的有效性。自从区间观测器出现，学者的大多数工作都集中在求解模型上，而这也是最能够体现创新型的地方。通常由于实际模型转化成理论模型时不能过于简化，所以模型复杂度时设计区间观测器的一大障碍。除了模型复杂度，参数不确定性时区间观测器设计的另外一个障碍，由于不确定性的存在，设计一个准确估计状态的观测器几乎是不可能的，虽然学者们已经提出了很多方法，但是在实际中，状态估计误差几乎不可能到零。在这种情况下，区间估计更加具有实用性，而通过调节观测器参数最小化区间，即保证尽可能小的估计误差，是学者们一个主要研究方向。