[发明专利]一种强噪声下的运动控制系统多重故障辨识方法

说明书

一种强噪声下的运动控制系统多重故障辨识方法，对运动控制系统进行建模；得到系统状态空间方程并离散化；利用小波变换去噪；构建中间观测器；通过矩阵不等式求解中间观测器增益；通过中间观测器估计出攻击。构建观测器，并通过矩阵不等式求解中间观测器增益。通过与标称的中间观测器、H_∞观测器分别进行2组对比，验证本方法的有效性。本发明的方法考虑了运动控制系统发生网络攻击的现象，并且本发明不只局限于此实例，同时其估计结果可以满足实际应用的精度与实时性要求。

技术领域

本发明属于网络安全技术领域，具体针对强高斯白噪声情况下存在的运动控制系统多重故障辨识问题，提出了一种小波变换结合中间观测器的解决方法。

背景技术

随着“工业4.0”的提出以及工业化进程的加速，运动控制系统发挥的作用日益显著。在系统运行的过程中，不可避免地会受到故障的影响，此时若能对故障作出辨识，无疑有着重要的作用。在实际的工业生产中，由于受到影响较强的高斯白噪声的干扰，微弱的输出信号完全“淹没”在噪声中，从而致使观测器难以对故障作出准确估计。

在强噪声下对运动控制系统进行故障辨识，传统方法有着一定的局限性。在现有技术中，有鲁棒观测器、滑模观测器、中间观测器。这些观测器均具有一定的鲁棒性。然而标称的中间观测器，虽然具有一定的鲁棒性，但是仅仅通过调节参数，无法得到理想的效果。H_∞按照比例调整，如果噪声太强，同样无法取得理想的效果。滑模观测器需要故障的先验信息，例如故障导数的上界、故障本身的上界，但是这些信息在实际情况中无法获取。

发明内容

基于上述问题，本发明提出了一种强噪声下的运动控制系统多重故障辨识方法，它偏向工程，更适用于实际工业情况。具体地说，它首先利用小波变换对带有强噪声的输出信号进行去噪处理；其次引入一个中间变量，构造一个中间观测器来同时估计状态和故障。同时与标称的中间观测器、H_∞观测器分别进行2组对比实验，验证该方法的有效性和优越性。

本发明为解决上述技术问题提供了如下解决方案：

一种强噪声下的运动控制系统多重故障辨识方法，包括以下步骤：

步骤1)，确定运动控制系统传递函数；

通过系统辨识，确定运动控制系统传递函数如式(1)所示：

其中G(s)为运动控制系统的传递函数，K、T_s为辨识出来的参数；

步骤2)，建立运动控制系统状态空间方程并离散化，过程如下：

2.1)将上述传递函数转换为状态空间方程并对其离散化，并考虑系统中存在执行器攻击、传感器攻击以及白噪声的情况：

其中A为系统的状态矩阵，B为输入矩阵，x表示系统状态量，u为系统输入，w_i表示白噪声，f_a表示执行器攻击，f_s表示传感器攻击，E和D表示攻击增益矩阵；

2.2)对系统进行增广，将f_s作为新的状态变量，令得到增广后的状态空间方程：

其中，

步骤3)，利用小波变换对含有攻击及白噪声的输出信号进行去噪；

小波变换方法是依据数据自身的时间尺度特征，将一个复杂信号分解为若干频率不同的简单信号；利用小波变换对含有攻击及白噪声的输出信号进行分解，并剔除高频分量，将剩下的分量合并，即得到去噪后的输出信号；

步骤4)，构建中间观测器并通过矩阵不等式求解观测器增益，过程如下：