[发明专利]一种基于对偶空间变换的闭环控制系统故障检测方法

权利要求书

1.一种基于对偶空间变换的闭环控制系统故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：

构建闭环控制系统模型，获取系统运转时的输入输出样本数据，得到对偶空间变换的稳定内核矩阵Φ；

根据对偶空间变换的稳定内核矩阵Φ，计算闭环控制系统数据残差r_k，q；

设置时间窗口N₀，将时间窗口内的数据残差r_k，q累加得到累积残差

利用累积残差构建闭环控制系统故障检测统计量，并与检测阈值比对，实现闭环控制系统的故障检测；

其中，所述构建闭环控制系统模型，获取系统运转时的输入输出样本数据，得到对偶空间变换的稳定内核矩阵Φ具体包括：构建闭环控制系统模型，联立多个时刻的输入输出样本数据，结合对偶空间变换，得到数据矩阵Z_N；对数据矩阵Z_N进行奇异值分解；根据数据矩阵Z_N的奇异值分解结果，得到对偶空间变换的稳定内核矩阵Φ；

所述构建闭环控制系统模型，联立多个时刻的输入输出样本数据，采用对偶空间变换，得到数据矩阵Z_N，具体包括：将闭环控制率引入常态控制系统模型，构建闭环控制系统模型；针对闭环控制系统模型，联立q个时刻的采样数据，并对采样值序列重组，得到样本输入输出数据的联立方程；采用对偶空间变换，将样本输入输出数据的联立方程化归，以消去闭环控制系统的状态控制变量；将化归后的联立方程的输入输出样本数据联合，得到数据矩阵Z_N。

2.根据权利要求1所述的基于对偶空间变换的闭环控制系统故障检测方法，其特征在于，所述闭环控制系统模型为：

其中，表示k时刻的系统状态量，为k时刻的系统输入变量，为k时刻的系统输出变量，分别为相互独立的过程噪声和测量噪声，且均服从均值为0，方差阵分别为的正态分布，分别为执行器故障向量和传感器故障向量，A、B、C为相应维数的常态控制系统模型的参数矩阵，表示状态控制变量，A^c，B^c，C^c，D^c为相应维数的闭环控制率的参数矩阵；当系统正常运转时，

3.据权利要求1所述的基于对偶空间变换的闭环控制系统故障检测方法，其特征在于，所述样本输入输出数据的联立方程为：

其中，U_k，q为q个采样时刻重组后的闭环控制系统的输出值，U_k,q＝[u_k,u_k+1,…,u_k+q-1]^T，Y_k，q为q个采样时刻重组后的闭环控制系统的输入值，Y_k，q＝[y_k，y_k+1，…，y_k+q-1]^T，表示状态控制变量，

4.根据权利要求3所述的基于对偶空间变换的闭环控制系统故障检测方法，其特征在于，所述采用对偶空间变换，将样本输入输出数据的联立方程化归，具体包括：

针对样本输入输出数据的联立方程，在方程两边同时左乘的左零化矩阵

5.根据权利要求1所述的基于对偶空间变换的闭环控制系统故障检测方法，其特征在于，所述数据矩阵Z_N表示为：

其中，U_k，q为q个采样时刻重组后的闭环控制系统的输出值，U_k,q＝[u_k,u_k+1,…,u_k+q-1]^T，Y_k，q为q个采样时刻重组后的闭环控制系统的输入值，Y_k，q＝[y_k，y_k+1，…，y_k+q-1]^T，为k时刻的系统输出变量，为k时刻的系统输入变量，为样本数据总采样数。