[发明专利]一种基于双观测器的飞行器间歇故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于双观测器的飞行器间歇故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建故障诊断观测器；

包含执行机构间歇故障的飞行器姿态系统线性化模型如下：

y(t)＝Cx(t)+Gv(t) (1)

式中，x(t)∈Rⁿ为系统的状态向量，u(t)∈R^p为系统的输入向量，y(t)∈R^q为系统的输出向量，d(t)为系统的未知输入干扰，m(t)为系统的间歇故障，v(t)为测量噪声，矩阵A∈R^n×n、B∈R^n×p、C∈R^q×n，矩阵E为常数矩阵，矩阵F为故障方向向量，且矩阵E、F均列满秩；G为噪声分布矩阵；n、p、q分别为系统的状态维数、输入维数和输出维数，t为时间；

根据式(1)构建线性的故障诊断观测器：

式中，z(t)为故障诊断观测器状态向量，为系统状态向量估计，为系统输出向量估计，r(t)为用于故障诊断的残差信号，T和H为不同的待设计故障诊断观测器矩阵，L为待设计故障诊断观测器增益矩阵；

求解H：

其中表示(CE)的伪逆，满足

再求解T

T＝I-HC (4)

求解受矩阵不等式约束的优化问题如式(5)，得到中间变量P和X：

其中P＞0表示矩阵P是正定的；

则故障诊断观测器增益矩阵L为：L＝P^-1X；

步骤2：构造故障学习观测器，并设计故障学习观测器增益矩阵；

基于式(1)构造故障学习观测器如式(6)：

其中Y和N分别为待设计的故障学习观测器增益矩阵，Γ表示故障学习观测器学习因子，Γ为一正数，表示故障f(t)的估计值；

求解受矩阵不等式约束的优化问题如式(7)，得到中间变量Q和W；

其中Q＞0表示矩阵Q是正定的；

则故障学习观测器增益矩阵：Y＝Q^-1W，其中表示C的伪逆，满足

步骤3：系统鲁棒故障检测和故障隔离；

基于残差信号r(t)，定义残差评价函数R(t)如下：

其中t∈(t₁，t₂]表示有限时间窗；

选择故障检测阈值为：

J_th＝sup||r(t)||_{2，σ，f(t)＝0} (9)

表示当f(t)＝0时无故障情况下残差评价函数R(t)的上确界；

则通过如下逻辑判断实现系统鲁棒故障检测：

在故障检测的基础上，进一步解决故障隔离问题，利用式(6)的故障学习观测器，得到故障的估计值表示故障估计值向量的第i个元素，i＝1，2，...，m，m为故障向量的维数；故障隔离逻辑如下：

如果则系统无故障；

如果则第i个执行机构发生了故障；

其中，表示当f(t)＝0时，的上确界。