[发明专利]数据驱动的故障诊断与最优控制系统一体化设计方法

权利要求书

1.一种数据驱动的故障诊断与最优控制系统一体化设计方法，包括：采用镇定控制器对实际工业生产系统进行控制，其特征在于还包括：获得补充控制信号及增加前馈控制器进一步参与到对所述实际工业生产系统的控制中；具体为：

采集所述实际工业生产系统的输出信号与预设的输出预期信号作差获得输出误差，所述镇定控制器对输出误差进行处理获得主控制信号；

采用前馈控制器对所述输出预期信号进行处理，获得辅助控制信号；

主控制信号与辅助控制信号及补充控制信号相加后获得输入信号输入到实际工业生产系统中；

所述补充控制信号由闭环故障检测残差信号与尤拉矩阵相乘获得；

所述闭环故障检测残差信号的获得方法包括：

采集实际工业生产系统的输入信号、输出信号和输出预期信号，利用数据驱动的方法辨识获得系统稳定核表示矩阵；根据系统稳定核表示矩阵，构造多入多出的诊断观测器；并通过诊断观测器产生闭环故障检测残差信号；

所述尤拉矩阵的获得方法包括：

对所述输入信号、输出信号及输出预期信号利用数据驱动的方法辨识获得系统稳定相表示矩阵；再结合实时采集的输入信号、输出信号及闭环故障检测残差信号对所述系统稳定相表示矩阵进行迭代更新，获得输入误差能量函数意义下的最优尤拉矩阵。

2.根据权利要求1所述的数据驱动的故障诊断与最优控制系统一体化设计方法，其特征在于，所述闭环故障检测残差信号的获得方法中，系统稳定核表示矩阵的获得方法包括：

步骤A1：采集实际工业生产系统的输入信号、输出信号和输出预期信号，并设定一号相关参数、二号相关参数和数据长度；

步骤A2：将所述输入信号和输出信号形成紧凑的输入汉克尔型矩阵；

步骤A3：获取镇定控制器的状态空间矩阵，得到镇定控制器的状态空间表示；并构造辅助下三角托普利兹矩阵；

步骤A4：构造闭环系统等价输入汉克尔矩阵；

步骤A5：对闭环系统等价输入汉克尔矩阵进行LQ分解；

步骤A6：计算获得系统稳定核表示矩阵。

3.根据权利要求2所述的数据驱动的故障诊断与最优控制系统一体化设计方法，其特征在于，所述实际工业生产系统的输入信号为u(z)，输出信号为y(z)，输出预期信号为w(z)，一号相关参数为s_p，二号相关参数为s_f，数据长度为N；

将输入信号u(z)和输出信号y(z)中的数据u_k,y_k形成四个紧凑的汉克尔型矩阵

k＝1,2,3,……N；

获取镇定控制器的四个状态空间矩阵A_c,B_c,C_c和D_c，进而得到镇定控制器的状态空间表示x_c,k+1：

x_c,k+1＝A_cx_c,k+B_c(w_k-y_k)，

u_k＝C_cx_c,k+D_c(w_k-y_k)；

所述w_k为输出预期信号w(z)中的数据；

构造获得两个辅助下三角托普利兹矩阵和

式中A、B、C、D是被控实际工业生产系统的四个状态空间矩阵；

进一步构造获得两个闭环系统等价输入汉克尔矩阵和

令对两个闭环系统等价输入汉克尔矩阵和进行如下LQ分解：

式中L_c表示LQ分解得到的下三角矩阵，Q_c表示LQ分解得到的酉矩阵；

通过下式计算求得中间变量和中间变量

即：

进而得到系统稳定核表示矩阵