[发明专利]一种传感器饱和约束下的运动控制系统故障辨识方法

说明书

一种传感器饱和约束下的运动控制系统故障辨识方法，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；构建中间观测器；并通过矩阵不等式分别求解考虑传感器饱和约束的中间观测器增益、标称的中间观测器增益；利用中间观测器估计出故障。通过与标称的中间观测器进行对比实验，验证了本方法的有效性。本发明的方法考虑了运动控制系统发生执行器故障的情况，并且本发明不只局限于此实例，同时其估计效果可以满足实际应用的精度与实时性要求。

技术领域

本发明属于工业技术领域，具体针对传感器饱和约束下存在的运动控制系统故障辨识问题，提出了一种考虑传感器饱和约束的中间观测器的解决方法。

背景技术

随着工业自动化进程的加速，运动控制系统发挥了越来越重要的作用。由于物理或技术限制，传感器无法提供无限幅度的信号，从而出现“传感器饱和”的现象。在传感器饱和的约束下，使得接收到的输出信号不完整，导致观测器难以对故障作出准确估计，从而严重限制了传统估计器设计方案的应用。

在传感器饱和的情况下，若能对故障作出辨识，无疑有着重要的作用。在现有技术中，有鲁棒观测器、滑模观测器、标称的中间观测器。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，但是由于并没有考虑到传感器饱和的约束，仅仅通过调节参数，无法得到理想的效果。基于H_∞性能指标的故障估计方法通过抑制扰动对输出估计误差的影响来确保故障估计性能，然而，如果由于传感器饱和约束带来的信号损失过大，估计误差也会相应放大，因而无法取得理想的估计效果。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，然而这些信息在实际情况中无法获取。

发明内容

基于上述问题，本发明提出了一种传感器饱和约束下的运动控制系统故障辨识方法，它偏向工程，更适用于实际工业情况。具体地说，它通过引入一个中间变量，并将扇形有界条件纳入框架，构造一个考虑传感器饱和约束的中间观测器来同时估计状态和故障。通过与标称的中间观测器进行对比实验，验证了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：

一种传感器饱和约束下的运动控制系统故障辨识方法，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，s为传递函数的变量，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故障的情况：

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，k表示k时刻，y表示系统输出量，u为系统输入，a_u表示执行器故障，E_a表示故障增益矩阵，C为系统的输出矩阵，；

2.2)定义饱和函数：

σ(v)＝sign(v)min{1，|v|} (3)

2.3)估计器侧接收到的信号：

s(k)＝σ(Cx(k)) (4)

2.4)传感器饱和加上执行器故障的系统改写为：

步骤3)，构建中间观测器，过程如下：

3.1)引入中间变量