[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

说明书

一种基于二维增益调节机制的两轴雕刻机故障估计方法，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；步骤2)，基于二维增益调节机制的设计中间观测器；步骤3)，初始化观测器参数，计算观测器增益L(k,t)，F(k,t)。本发明通过二维增益调节机制在线调节一些关键参数，从而提高在线故障估计性能，提高估计效果的可靠性，提高了故障估计的精度。

技术领域

本发明属于故障检测估计领域，具体提出了一种同时估计过程故障和传感器故障的基于IE的在线故障估计方法。提出了一种动态的二维增益调节机制，该机制通过在线调节一些关键参数，从而提高在线故障估计性能。

背景技术

在某些需要实时监管的复杂工业场景中，由于可能发生系统部件老化或者不当操作，会不可避免地导致工作机床本体过程故障或数控系统传感器故障，因而无法及时地在突发情况中实现预定的控制性能。为了解决这一问题，需要首先识别和估计故障，并且采用在线实时识别的方式，该模式将比通过历史数据考察设备运作情况更精确。故障估计技术，是保证系统有效运行的强有力的工具，因为除了能够获得故障发生的时间外，设备操作员还可以得知故障的波形、大小以及系统损坏的程度。

现阶段基于解析模型的故障估计方法包括：滑模观测器、自适应观测器、未知输入观测器、鲁棒观测器等等。其中，基于性能指标最差情况下的鲁棒扩张状态观测器(ESOs)是在故障诊断领域中最常见的方法。然而，上述故障估计观测器大多是离线设计，应对某些复杂多变的系统时，难以灵活地提高其故障估计效果。具体来说，滑模观测器和自适应观测器中间观测器(Intermediate estimator，IE)，可以获得故障估计误差的上界，但是该上界通常是一个非常大的数，这就很难反映出有效的估计性能。由于鲁棒ESOs的设计是基于性能指标效果最差情况下的优化策略，因此同样的问题也发生在这类观测器中。另一方面，需要强调的是，现有的故障估计方法在保守性上仍然较为严格，例如鲁棒ESOs通常使用凸包理论求解一些线性矩阵不等式，但是实际系统参数只用到由凸集中构成顶点的一小部分。此外，自适应观测器需要设定几个等式约束，当系统参数发生变化时，这些约束条件很难被满足。发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于二维增益调节机制的两轴雕刻机故障估计方法，提出的动态的二维增益调节机制能够在线调节一些关键参数，提高在线故障估计性能。

本发明为解决上述技术问题提供了如下技术方案：

一种基于二维增益调节机制的两轴雕刻机故障估计方法，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