[发明专利]可调节故障的智能采样和检测系统

说明书

本发明提供了一种可调节故障的智能采样和检测系统，包括以下步骤：a、构造包含执行器故障和扰动的连续线性时不变系统模型；b、根据步骤a中的连续线性时不变系统模型设计自适应故障诊断观测器，并构造误差方程；c、利用步骤b中的自适应故障诊断观测器获取故障和状态估计信息，根据故障和状态估计信息进一步设计最优输出状态反馈容错控制器；d、设计非均匀采样数据容错控制率，并确定非均匀采样数据的最小采样间隔；e、利用智能采样系统来获取采样时刻，保证在故障系统中输入任然能够实现状态指数稳定。本发明能够实现对定值故障的准确及时估计，而且利用尽可能少的采样输出以保证系统稳定性。

技术领域

本发明属于障诊断与容错控制技术领域，尤其是涉及一种可调节故障的智能采样和检测系统。

背景技术

随着现代工程系统日益复杂化和大型化，对其安全性与可靠性的要求也越来越高。特别是对于一些安全至上的系统如飞行器和化工设备等，常要求在发生故障的情况下系统仍能稳定运行，甚至能完成预设定的性能指标。在此背景下，动态系统的容错控制研究受到广泛关注。在容错控制诸多方法中，故障调节技术是在检测故障发生后对其进行辨识和估计，然后修正控制率以补偿故障带来的负面影响，从而使系统尽量保持无故障时的性能，因此被视为主动容错最有效的方法之一，在过去数十年中得到快速发展。

自适应观测器具有结构简单且易于实现等优点，因此被广泛应用于连续时间线性和非线性系统中。自适应观测器在推广应用于网络控制系统时遇到了困难。考虑到网络控制系统中经常会出现时延、丢包等现象，因此假设采样周期是非等间隔的，这种被动的非均匀采样方式在一定程度上增加了故障诊断和容错控制的困难。另一方面，在保证系统性能的前提下，主动调节采样周期以降低计算和通讯资源消耗是目前网络控制系统研究的一个热点及难点。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种可调节故障的智能采样和检测系统，能够实现对定值故障的准确及时估计，而且利用尽可能少的采样输出以保证系统稳定性。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本可调节故障的智能采样和检测系统，包括以下步骤：

a、构造包含执行器故障和扰动的连续线性时不变系统模型；

b、根据步骤a中的连续线性时不变系统模型设计自适应故障诊断观测器，并构造误差方程；

c、利用步骤b中的自适应故障诊断观测器获取故障和状态估计信息，根据故障和状态估计信息进一步设计最优输出状态反馈容错控制器；

d、设计非均匀采样数据容错控制率，并确定非均匀采样数据的最小采样间隔；

e、利用智能采样系统来获取采样时刻t_k，保证在故障系统中输入任然能够实现状态指数稳定。

在上述的可调节故障的智能采样和检测系统中，所述步骤a中构造的包含执行器故障和扰动的连续线性时不变系统模型如下：

其中为系统状态向量，为控制输入向量，为输出向量，为待估计的定值故障，是扰动输入向量；A，B，C，D，E为已知的适维矩阵。

在上述的可调节故障的智能采样和检测系统中，所述步骤b中根据连续线性时不变系统模型设计自适应故障诊断观测器如下：

其中，为系统状态向量，为输出向量，为故障的估计值；其中L为观测器增益，定义状态估计误差为输出误差为故障估计误差为构造的误差方程如下：