[发明专利]一种基于双观测器的飞行器间歇故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于双观测器的飞行器间歇故障诊断方法，首先构建未知输入故障诊断观测器，然后再构造故障学习观测器，并设计故障学习观测器增益矩阵，最后再根据残差进行间歇故障检测，利用故障学习观测器进行故障隔离。本方面能够实时诊断出间歇故障发生的时间，并且基于学习观测器实现故障隔离，判断出哪个执行机构发生故障，从而提升故障诊断效果和扩展适用范围。突破了目前已有未知输入观测器仅能检测间歇故障而不能分离故障的限制，提高了故障诊断的效果。

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种飞行器间歇故障诊断方法。

背景技术

航天器系统复杂，各模块之间连接紧密，相互影响，同时由于环境恶劣、电磁干扰等原因，容易发生间歇故障。间歇故障是一类持续时间短、可反复出现、未经处理可自行消失的非永久故障。基于观测器的故障诊断方法是一类重要的故障诊断方法，该方法主要是通过构造原系统的观测器，产生冗余状态，将估计值与实际值做差得到残差，最后对残差进行评价，做出判断系统是否有故障。间歇故障具有累积效应，系统发生间歇故障的频率会逐渐增加，最终演变成永久故障,从而导致整个系统的失效，因此，如何有效地对飞行器系统的间歇故障进行故障检测和故障隔离是保证系统安全运行的关键技术和重要途径，对国民经济发展和国防建设具有重要的意义与实用价值。

《基于未知输入观测器的导弹间歇故障诊断》(冯刚,杨志勇,刘永进，《测控技术》，2017年第36期第9卷)一文中提出了一种基于未知输入观测器的间歇故障诊断方法，该方法单个未知输入观测器生成解耦残差，对间歇故障进行检测，但是该方法并没有实现故障隔离，即分离出哪个执行器发生了故障。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于双观测器的飞行器间歇故障诊断方法，首先构建未知输入故障诊断观测器，然后再构造故障学习观测器，并设计故障学习观测器增益矩阵，最后再根据残差进行间歇故障检测，利用故障学习观测器进行故障隔离。本方面能够实时诊断出间歇故障发生的时间，并且基于学习观测器实现故障隔离，判断出哪个执行机构发生故障，从而提升故障诊断效果和扩展适用范围。突破了目前已有未知输入观测器仅能检测间歇故障而不能分离故障的限制，提高了故障诊断的效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

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)＝Gx(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：