[发明专利]一种化工液位过程控制系统的鲁棒故障诊断方法

权利要求书

1.一种化工液位过程控制系统的鲁棒故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：建立化工过程液位控制系统模型的系统方程，其包括状态方程和输出方程，并对其进行简化；所述化工过程液位控制系统模型为：

式中，x(t)是系统状态，y(t)是系统输出，x(t)∈Rⁿ、u(t)∈R^p、y(t)∈R^m分别表示系统的状态、控制输入和可测量输出，Rⁿ表示n维实向量集，R^p表示p维实向量集，R^m表示m维实向量集，表示n_f维实向量集，表示n_d维实向量集，分别表示故障向量和外界扰动向量，A_i,B_i,C_i,D_i,F_1i,F_2i都是常实数矩阵，σ_i(t)则是切换信号；为不确定系统矩阵，需满足以下条件：式中，矩阵M_i和N_i，i＝1,…,N是说明观测器增益的不确定性，F(t)是故障系数，T表示矩阵的转置，I是具有适当维数的单位矩阵，ΔA_i是系统不确定项；

简化后的系统模型为：

式中，与为变量替换，满足如下：

步骤2：针对步骤1所述系统方程，设计故障诊断观测器，所述故障诊断观测器以及残差信号设计如下：

其中，分别表示是系统模型的状态估计向量和故障估向量，r(t)∈R^m是用来检测故障的残差信号，Rⁿ表示n维实向量集，R^p表示p维实向量集，R^m表示m维实向量集，表示n_f维实向量集，表示n_d维实向量集，L_i、H_i，i＝1,…,N为故障诊断观测器增益矩阵；A_i,B_i,C_i,F_1i,F_2i为常实数矩阵，(A_i，C_i)，i＝1,…N是可测的，矩阵F_2i是满秩矩阵；x(t)∈Rⁿ、u(t)∈R^p、y(t)∈R^m分别表示系统模型的状态、控制输入和可测量输出σ_i(t)是切换信号，其需要满足σ_i(t)：[0,∞)→{0,1},若所述观测器对外部扰动具有良好的鲁棒性以及对故障具有高灵敏性，需要满足以下条件：

其中，标量γ＞0,β＞0；

步骤3：根据步骤2所述故障诊断观测器，构造系统误差动态方程；

步骤4：对化工液位过程控制系统进行敏感性和鲁棒性分析并证明，得到基于比例积分观测器的化工过程液位控制系统的故障诊断观测器的增益矩阵L_i和H_i；

步骤5：设定阈值J_th，构造残差评价函数，准确检测化工液位过程控制系统的故障。

2.根据权利要求1所述的一种化工液位过程控制系统的鲁棒故障诊断方法，其特征在于，所述步骤3中的系统状态误差方程与系统故障误差方程分别为：

其中，e(t)为状态误差，e_f(t)为故障误差，系统状态误差方程，为系统故障误差方程，是变量替换，

3.根据权利要求1所述的一种化工液位过程控制系统的鲁棒故障诊断方法，其特征在于，所述步骤4中故障诊断观测器的增益矩阵L_i和H_i设计为：

式中，P_1i，P_2i为对称正定矩阵，i＝1,…,N。

4.根据权利要求1所述的一种化工液位过程控制系统的鲁棒故障诊断方法，其特征在于，所述步骤5中残差评价函数为：

其中，阀值J_th由下式表示：

5.根据权利要求4所述的一种化工液位过程控制系统的鲁棒故障诊断方法，其特征在于，所述步骤5中故障检测决策逻辑为：