[发明专利]基于自触发采样的化工工业过程故障诊断与容错控制方法

说明书

本发明涉及一种基于自触发采样的化工工业过程故障诊断与容错控制方法。本发明首先建立系统模型并离散化；然后基于不确定多项式系统方法，构造离散时间Kalman故障诊断观测器来估计故障和状态信息，基于估计的状态和故障信息，设计满足Lyapunov不等式条件约束的自触发故障容错控制器。本发明是基于事件触发控制的基础，利用算法将系统的实时状态和阈值事件融合起来，建立触发策略和实时状态之间的映射关系，从而避免了设计专门的硬件来对阈值事件的存储及监测，当满足触发条件时系统自动采样，诊断到故障，然后通过自动调节系统输入来使系统逐渐达到稳定状态。

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种基于自触发采样的化工工业过程故障诊断与容错控制方法。

背景技术

随着对系统性能、成本约束和低能耗等要求的不断提高，现代化工工业系统正朝着大规模、复杂化、网络化以及分散化的方向发展。然而，系统越复杂、规模越大，运行过程中，系统各部件发生各类故障的可能性就越高。

对于化工工业过程故障诊断与容错控制方法来说，由于近来网络和嵌入式等技术在复杂工程系统中的普及，网络和计算资源约束使得传统的周期性采样模式不再适用，因此通过主动调节采样周期如自触发采样等非均匀采样模式来降低资源消耗是很有必要的。为此，研究一种自触发采样的故障诊断与容错控制方法是很有必要的，该方法通过采样能够及时发现系统故障并进行相应的调节使系统状态能够保持稳定。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于自触发采样的化工工业过程故障诊断与容错控制方法。

本发明首先，建立系统模型并离散化；然后，基于不确定多项式系统方法，构造离散时间Kalman故障诊断观测器来估计故障和状态信息，基于估计的状态和故障信息，设计满足Lyapunov不等式条件约束的自触发故障容错控制器；进一步，构造自触发调度机制来保证故障系统是稳定的。

本发明的方法步骤包括：

步骤1.建立离散化系统状态模型

1-1.建立非均匀采样系统状态模型

其中，x(t)∈Rⁿ为状态向量，u(t)∈R^m为输入向量，d(t)∈R^d为外界扰动，y(t)∈R^r为系统输出，f(t)∈R^q为需要检测和估计的系统加性故障信号，A,B,B_f,B_d,C为适维定常矩阵，并有(A,C)可观，(A,B)可控。

1-2.系统状态模型的离散化

对系统状态模型在采样时刻t_k+1进行离散化后有：

x(t_k+1)＝F(θ_k)x(t_k)+G_u(θ_k)u(t_k)+G_f(θ_k)f(t_k)+G_d(θ_k)d(t_k)

其中，

其中，θ_k为自触发机制下的采样间隔，θ_k＝t_k+1-t_k为时变甚至不确定的，θ_min，θ_max分别表示最小最大采样间隔。

步骤2.基于不确定多项式系统方法，构造离散时间Kalman故障诊断观测器来估计故障和状态信息