[发明专利]一种基于二维增益调节机制的两轴雕刻机故障估计方法

权利要求书

1.一种基于二维增益调节机制的两轴雕刻机故障估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1)，对两轴伺服运动控制系统进行模型辨识，确定两轴伺服运动控制系统的数学模型，经过系统辨识后得到该运动控制平台的数学模型如下

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+E_uf_u(k) (1)

y(k)＝Cx(k)+E_yf_y(k) (2)

其中分别表示系统状态、控制输入、测量输出、过程故障和传感器故障，分别表示适当维度的系统参数矩阵，表示对应故障的参数分布矩阵，此处假设Eu为列满秩矩阵，如果E_u＝B，则此时的过程故障f_u(k)可以被视为执行器故障，将分别记为过程故障和传感器故障的变化率，此处假设二者都是有界的，即

其中η＞0，γ＞0；

步骤2)，基于二维增益调节机制的设计中间观测器，过程如下：

首先，定义如下中间变量

其中ω是一个待确定的调节参数，由它最终确定中间变量τ(k)的值，根据(2)和(4)得出如下系统模型

系统的动力学方程只和时间轴参数k有关，而在后文中将要提及的新型IE中，除了沿着时间轴进行参数的更新和系统的运行以外，还考虑了在另外一个维度中对故障估计的结果进行改进，即在每一个采样周期的间隔中额外增加一组T步更新过程；在给出观测器的形式之前，有必要先对上述两个维度的估计更新策略进行如下说明：为了保证故障的估计性能，引入了一种带阈值的在线估计性能指标，IE通常沿着时间轴进行参数更新，当性能指标落在不满足阈值条件的范围内时，将激活在采样周期间隔内的纵向增益调节过程，IE将在上述两个维度的增益调节机制下运作，直到性能指标重新满足阈值条件，然后IE将继续沿着时间轴运行，即返回通常的一维更新模式；

步骤3)，初始化观测器参数，计算观测器增益L(k,t)，F(k,t)，过程如下：

初始化观测器参数：k:＝0，k_n:＝0，t＝0，ω(k,t):＝ω(k_n,t_n)，t_s:＝0，t_max和阈值δ；启动迭代IE，通过(6)计算观测器增益L(k,t)，F(k,t)；

给定正标量α∈(0,1)和参数ω＞0，如果存在矩阵和标量ε＞0，满足

则保证IE的估计误差系统状态一致最终有界，且满足其中，

Π′₁₁＝Π₁₁-αP₁(k,t)，Π′₂₂＝Π₂₂-αP₂(k,t)

同时由上式得观测器增益矩阵为：

启动迭代IE，并得到以下估计值：

2.如权利要求1所述的一种基于二维增益调节机制的两轴雕刻机故障估计方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

步骤4)，定义估计性能评价函数并根据评价函数判断是否进行纵向更新，过程如下：

计算并定义估计性能评价函数

如果性能评价函数的值J≥δ，那么将进行纵向更新，ω(k_n,t_n):＝ω(k,t)+ξ₁，当超过最大纵向更新步长t_max时，估计性能评价函数仍大于阈值，则ω(k_n,t_n):＝ω(k,t)+ξ₂，ξ₁和ξ₂分别表示ω(k,t)在两个维度上更新的步长；

步骤5)，根据评价函数判断是否进行横向更新，过程如下：

如果性能评价函数的值J≤δ，那么将进行横向更新，并将IE得到的估计值作为当前时刻最终的估计值，即输出

上述步骤中，观测器增益L(k,t)和F(k,t)通过求解稳定性条件获得，分别表示在采样时刻k下，第t步迭代后得到的估计值，是在k时刻最终得到的估计值，此外，表示输出估计误差的滑动平均值，是设计的评价估计效果的性能指标，q_d代表上述滑动平均值的窗口时间，δ是根据特定系统预先选择的阈值。