[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

说明书

本发明提供了一种具有故障自诊断隔离能力的控制器设计方法，属于故障诊断与容错控制技术领域。其技术方案为：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。本发明的有益效果为：本发明避免系统因故障而出现失稳现象，控制器在具有故障隔离能力的同时，还能保持较好的控制性能。

技术领域

本发明涉及故障诊断与容错控制技术领域，尤其涉及一种具有故障自诊断隔离能力的控制器设计方法。

背景技术

在工业过程的复杂度和自动化程度不断增长的情况下，人们对系统性能、产品质量和工作效率等要求也不断提高，这也驱动了现代工业系统朝着更为安全和稳定的方向发展。为了提高系统组件的稳定性和可靠性，传统的方法是采用质量更高、稳定性更好和鲁棒性更强的系统组件，如传感器、执行器、控制器，但是，这种方法并不能保证系统能够始终处于无故障的运行状态。尤其是在智能制造技术迅速发展的背景下，系统的稳定性和可靠性已经成为自动化系统设计过程中最为重要的问题之一。

而在新一代智能化制造系统中，通常对控制器和执行器等关键性组件提出了自诊断和自修复的智能化能力需求，人们期望在检测到有故障发生时，可以通过自动补偿该故障和部分修复故障组件的功能来保持整体系统的性能水平，进而实现工业产品的柔性生产。因此，针对故障系统，开展故障自诊断隔离能力的研究具有重要的实际意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有故障自诊断隔离能力的控制器设计方法，该方法通过设计一种具有鲁棒故障隔离能力的反馈控制器对故障进行及时的检测和定位，来避免系统因故障而出现失稳现象，从而保证整个系统的安全性和可靠性，在该方法下的控制器在具有故障隔离能力的同时，还能保持较好的控制性能。

本发明是通过如下措施实现的:一种具有故障自诊断隔离能力的控制器设计方法，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来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，并进一步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一种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来完成鲁棒故障隔离逻辑决策。

进一步地，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。

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：