[发明专利]一种主动故障诊断方法、计算机可读存储介质、控制方法

权利要求书

1.一种主动故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、针对具有多重故障的线性离散时不变系统LDIT，获得输出估计集的不变集表示形式；

S2、通过集合形式变化将步骤S1得到的输出估计集转化为等价的多面体集的形式；

S3、通过最大化由不变集表示的输出估计集之间的距离，实现集合分离，由此得到能够用来实现主动故障诊断AFD和实现系统的控制目标的输入序列；

步骤S1中，具有多重故障的LDIT由式(1)定义：

其中，和分别是系统的状态向量，输出信号和输入信号，和是系统的扰动和噪声，A_i,B_i,E,C,F是系统参数，i表示不同的系统模型，i＝1表示正常系统，i≠1表示故障系统模型；

系统的初始状态、扰动和噪声向量如式(2)：

由式(1)进行中心等式和扰动等式的等价拆分，如式(3)：

式(3)中第一个等式表示中心等式，反映输入对系统状态的影响，第二个等式表示扰动等式，反映扰动对系统状态的影响；将扰动对系统的影响采用集合表示，系统状态集的表达形式如式(4)：

式(4)中，表示在时刻k+1模型i的状态估计集；

步骤S1中，获得输出估计集的不变集表示形式如式(6)：

其中，

其中，表示在时刻k+1模型i的状态估计集，表示在时刻k+1模型i的输出估计集，该集合的中心受输入信号的影响，形态不发生改变；

步骤S2中，一个zonotope集Z等价转化如下所示：

其中，A,b为参数矩阵，g,H分别表示中心向量和段矩阵，反映zonotope的特征；

步骤S3中，通过下式(9)：

得到的输入序列u_k能够实现输出集的最大距离移动，直到主动故障诊断任务被实现，其中，表示在时刻k+1模型i的输出估计集，φ表示空集，在输入序列u_k的作用下，任意两个不同的输出集相交均为空集时，主动故障诊断任务即被实现，其中表示优化求解的中间输入序列，D₁表示给定的对称正定矩阵，U表示输入序列的上界值；

步骤S3包括：

采用如下平滑度函数来表征输入平滑度：

其中x_i表示长度为n的序列的第i个值，D表示公式形式改写产生的参数矩阵，

式(9)中第二式进一步改为：

其中D₂与D的含义一致，α，β均为非负实数，通过调节两者的值，实现输入序列在能量最小和平滑之间平衡；

当前时刻无法实现分离时，以为下一时刻集合分离作为目标，称之为两步分离策略；如果在式(9)中，说明AFD目标在当前时刻无法被实现，则以下一时刻集合距离增大为目标，提前为之准备，输入序列对后推两步时刻的输出集的影响由式(10)体现：

其中参数矩阵定义不变，表示时刻i的得到的系统状态估计集的中心值，

AFD由式(11)确定：

至此，实现AFD。

2.如权利要求1所述的主动故障诊断方法，其特征在于，步骤S3中，结合式(11)和如下式(13)：

其中表示反映第i和第j个预测集位置关系的参数矩阵，p_ij是两者的行维数，M_r,ε_r分别为设定的正实数，Δ_ij表示求解优化问题中引入的变量，

得到一个用于优化求解的混合整型二次规划问题，通过求解该问题，得到实现AFD目的的输入序列。

3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至2任一项所述方法的步骤。

4.一种控制方法，其特征在于，用如权利要求1至2任一项所述方法得到的输入序列来实现系统的控制目标。