[发明专利]一种具有故障自诊断隔离能力的控制器设计方法

权利要求书

1.一种具有故障自诊断隔离能力的控制器设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.构造包含状态反馈单元和残差反馈单元的控制器结构；

b.在外部未知扰动等于0的情况下，设计状态观测器增益和后置滤波器使残差反馈单元具有故障隔离能力；

c.在外部未知扰动不等于0的情况下，求解状态反馈增益矩阵使系统稳定，并设计后置滤波器中的自由度，使系统的输出信号与干扰之间满足H_∞性能指标，进而满足鲁棒性；

d.基于残差信号构造相应的评价指标完成鲁棒故障隔离逻辑决策。

2.根据权利要求1所述的具有故障自诊断隔离能力的控制器设计方法，其特征在于，所述步骤a中构造包含状态反馈单元和残差反馈单元的控制器结构如下：

其中，是状态反馈增益矩阵，是系统状态估计向量，是待设计的后置滤波器，是系统输出向量；是系统的输出估计向量。

3.根据权利要求1或2所述的具有故障自诊断隔离能力的控制器设计方法，其特征在于，所述步骤b在无干扰情况下，使残差反馈单元具有故障隔离能力的状态观测器增益矩阵L和后置滤波器Q_iso如下：

其中，A和C为已知的系统矩阵，为故障检测指标ρ_i＝min{j：CA^j-1e_fi≠0，j＝l，2，...，i＝1，...l})，为故障矩阵，λ＝diag{λ₁，λ₂，...，λ_l}(λ_i＜0，i＝1，....l)和W是对角阵，Z₁和Z₂是适维矩阵，故障隔离矩阵H_iso满足而是故障隔离矩阵H_iso的Moore-penrose广义逆，满足等式T是隔离变换矩阵，决定了故障的隔离逻辑结构。

4.根据权利要求1-3任一项所述的具有故障自诊断隔离能力的控制器设计方法，其特征在于，所述步骤c在有干扰情况下，使系统稳定的状态反馈增益矩阵F如下：

其中，是正定对称权重矩阵；B为已知的系统矩阵，正定常数矩阵可通过Riccati方程得到，为对称非负定矩阵；

所述残差单元的鲁棒故障隔离能力，需要系统的输出信号与扰动之间需要满足||y||₂≤γ||d||₂，具体如下：

其中，

γ为任意的正标量，正定对称矩阵Y_W1是对角阵，Y_Z1是适维矩阵。

5.根据权利要求1-4任一项所述的具有故障自诊断隔离能力的控制器设计方法，其特征在于，所述步骤d中用于鲁棒故障隔离逻辑决策而基于残差信号R构造的评价指标如下：

其中，残差评估函数为阈值为ε_i是故障对R_i的影响，所设计的故障隔离逻辑是：如果故障发生在f_i处，那么不仅会影响到R_i，还会影响到紧邻的R_i-1和R_i+1，而对距离相对较远的R₁～R_i-2和R_i+2～R_l几没有影响。