[发明专利]一种基于delta算子的升压变换器执行器故障检测方法

说明书

本发明涉及故障诊断技术领域，公开了一种基于delta算子的升压变换器执行器故障检测方法，建立升压变换器电路模型，构造增广向量；给出含有外部干扰和执行器故障时的一般系统模型；设计未知输入观测器，构造增广向量，得到相应的动态估计误差系统；针对动态估计误差系统，给出满足H_∞性能指标的充分条件，设计故障观测器参数；根据设计的观测器，设定阈值J_th，构造残差评价函数，通过决策逻辑判断系统是否出现故障。本发明中设计的故障检测方法，使得误差动态系统满足：(1)在无故障、无干扰时，系统渐进稳定；(2)当系统存在故障和干扰时，在零初始条件下，满足一定的H_∞性能指标，能够完成对升压变换器电路系统的执行器故障检测。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种基于delta算子的升压变换器执行器故障检测方法。

背景技术

随着各种工业系统在应用和研究领域对安全性和可靠性的要求越来越高，在近几十年，故障诊断技术引起了广泛的关注。故障检测是故障诊断中的一个重要组成部分，它可以实现故障的快速检测和故障的早期排除。在基于模型的故障检测方法中，基于观测器的故障检测方法通过比较残差信号的值和预先设计的阈值，被证明是一种有效的方法。

在实际应用中，许多工程系统的工作过程可以分为几个阶段，在数学上可以将其建模为切换系统，由切换信号协调子系统之间工作。近年来，切换系统的故障检测问题也得到了广泛的研究。自从delta算子方法首次被引入到连续时间系统的离散化以来，由于其自身的优势，在过去的几十年里，delta算子系统的故障检测得到了广泛的关注。

申请人目前有针对相同模型的发明《一种针对升压变换器的实时加权故障检测方法》，其只考虑系统的离散状态，且不考虑系统建模误差；当采样周期很小的时，《一种针对升压变换器的实时加权故障检测方法》中所提方法存在数值不稳定问题。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于delta算子的升压变换器执行器故障检测方法，使用未知输入观测器(UIO)作为残差发生器，使得误差系统满足：(1)在无故障、无干扰时，系统渐进稳定；(2)当系统存在故障和干扰时，在零初始条件下，满足一定的H_∞性能指标，利用MDADT和线性矩阵不等式技术，得到故障检测观测器存在的充分条件，能在线准确的实现执行器故障的检测，满足对系统进行在线故障检测。

技术方案：本发明提供了一种基于delta算子的升压变换器执行器故障检测方法，包括如下步骤：

步骤1：建立升压变换器电路模型，构造增广向量，将微分方程转化为标准形式的状态方程；

步骤2：基于步骤1中的状态方程，给出升压变换器电路含有干扰和执行器故障时的一般系统模型；所述一般系统模型为基于delta算子的一般系统模型，其为：

其中，x(t)∈Rⁿ为状态向量，u(t)∈R^m为控制输入向量，y(t)∈R^q为可测输出向量。表示独立的高斯白噪声干扰，由干扰或建模误差引起的有界未知输入向量，是l₂[0，∞)范数有界的执行器故障向量；A_σ(t)、B_σ(t)、C_σ(t)、D_1σ(t)、D_2σ(t)、E_σ(t)、F_σ(t)均是具有适当维度的常实数矩阵；表示切换信号，用来指定在t时刻激活哪一个子系统；当σ(t)＝i时，表示第i个子系统被激活，假设切换信号是未知的，但其瞬时值是可知的；其中，delta算子定义如下：

式中，h≥0表示升压变压器电路模型的采样周期，且采样周期h是正标量；