[发明专利]一种化学循环反应器系统故障与扰动的联合估计方法

说明书

一种化学循环反应器系统故障与扰动的联合估计方法，属于网络化系统领域；首先建立存在随机丢包、传感器饱和、扰动和故障情况下的化学循环反应器系统模型，然后通过引入中间变量，设计中间观测器实现对状态变量、故障和扰动信号的估计；再运用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式分析方法，得到状态估计误差系统一致有界和中间观测器有解的充分条件；最后利用Matlab YALMIP工具箱求解得中间观测器参数，进而实现对扰动和故障的联合估计。本发明方法考虑了实际情况下可能发生的随机丢包、传感器饱和、外界扰动以及系统故障，能及时有效地估计故障的准确值，适用于一般的化学循环反应器系统的故障估计，具有较好的普适性。

技术领域

本发明属于网络化系统领域，涉及一种基于中间观测器的化学循环反应器系统故障与扰动的联合估计方法

背景技术

近年来，随着网络通讯和自动控制技术的迅速发展与交叉融合，网络化系统逐渐应用于工业自动化的各个领域。网络化系统是一种空间分布式系统，其中传感器、执行器、控制器和估计器等部件之间是通过共享的通讯网络连接的。相比传统的点对点的系统连结，这种基于网络的控制方案能够减少系统的布线、增加系统的可靠性、使系统易于安装与维护。但由于带宽受限和信道干扰等因素的影响，数据包在网络通道传输的过程中可能会发生时延、丢失及时序错乱等现象，这些不利因素将会使系统性能恶化并可能诱发系统的不稳定。

对于很多反应过程，如合成氨、合成甲醇等过程，由于化学平衡的限制，单程转化率并不高，为了提高原料的利用率，工艺上将含有大量反应物的出口物料进行循环。化学循环反应器就是广泛使用于此类化工生产的反应设备。这类带循环的反应过程接入网络的传感器和控制器都要增加，更容易受到非理想网络环境的影响，同时由于物理或技术等方面的原因，传感器通常无法提供幅值过大的信号，在工程应用中传感器饱和是极为常见的现象。因此在发生随机丢包和传感器饱和约束的情况下，准确有效的估计系统中发生的故障具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于中间观测器的化学循环反应器系统故障与扰动的联合估计方法。考虑了化学循环反应器系统遭受的外界扰动、过程故障以及传感器饱和，通过引入中间变量，设计中间观测器对系统发生的故障进行准确有效的估计。

本发明的技术方案：

一种化学循环反应器系统故障与扰动的联合估计方法，包括以下步骤：

1)建立存在传感器饱和约束和故障的化学循环反应器网络化系统的被控对象模型：

其中：是系统的状态向量，是系统的输出向量，是系统的输入扰动，是待估计的故障信号，是状态向量的初始值，τ(k)表示离散时延且满足τ_m≤τ(k)≤τ_M，τ_m和τ_M分别表示时延的上限和下限；f(k)满足||f(k+1)-f(k)||≤θ₁且||f(k)||≤θ₃，d(k)满足||d(k+1)-d(k)||≤θ₂且||d(k)||≤θ₄；系统参数矩阵和是已知的常数矩阵；θ₁，θ₂，θ₃，θ₄是已知的常数，饱和函数σ(·)：定义为