[发明专利]电机驱动风扇事件触发固定时间容错控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于事件触发的电机驱动风扇定速系统的自适应固定时间容错控制方法，步骤如下：对电机驱动风扇进行数学建模，包括模型分析、条件放缩及坐标变换；采用失效因子提取和偏移故障分离建立执行器故障信息模型；通过引入恰当的李雅普诺夫函数，设计参数自适应更新律，构造了虚拟的控制律补偿未知扰动和漂移故障；设计合适的可调节事件触发机制，实现固定时间收敛和降低通信耗费的有效折中，并完成失效故障的及时容错。仿真算例验证了所提出事件触发方法在固定时间内实现风扇定速和容错控制中的有效性和实际应用性。

技术领域

本发明属于电机驱动风扇定速系统的事件触发容错控制领域，尤其涉及一种电机驱动风扇事件触发固定时间容错控制方法及系统。

背景技术

电机驱动风扇是现代热管理设备、农业机械、汽车等必不可少的基本组成部分，其定速容错控制得到了国内外学者的大量关注。与此同时随着网络控制的迅速发展和多设备协同作业的实际需求，人们连续不断的对电机驱动风扇定速控制的性能提出新的要求。相应地，各类控制算法也相继被提出。

目前，PID控制算法普遍应用于电机驱动风扇定速系统。PID主要由比例单元、微分单元和积分单元组成。然而，电机驱动风扇定速系统是一个强耦合、时变参数的非线性系统，在多变的工况下极易受到未知的外部干扰。在这些复杂非线性因素影响下，PID很难保证具有良好的控制性能，最终会导致电机驱动风扇系统达到目标速度时间较长，响应速度慢。此外，由于电机驱动风扇定速系统还容易受机械结构磨损和齿轮传动间隙的影响，使得系统驱动器发生部分失效故障和未知的偏移故障。传统的控制器的设计只是针对于健康的系统，故障的发生使得原有的控制算法性能退化甚至失效，严重的还会造成安全事故和经济损失。因此，电机驱动风扇定速系统的容错控制成为我们所关注并需解决的问题。

由于系统的有限时间收敛能够展现良好的控制特性,良好的抗干扰性,快速收敛性和有限时间可控性等,因而动力学系统的有限时间控制研究是一个有意义的控制问题。闭环系统的有限时间容错控制问题也引起学者的广泛关注。然而，现有的有限时间容错控制方法其收敛时间依赖于初始状态，对初值过于敏感使得收敛时间过长。这使得控制性能不可接受甚至造成严重的损失，特别是在驱动器故障时有发生时。因而对于给定与初值无关的收敛时间，设计固定时间容错控制问题是十分有必要的。

与此同时随着网络控制的迅速发展和多设备协同作业的实际需求，控制信号的实时传输对网络建设提出了更高的要求。网络传输带宽和硬件资源也限制了控制信号的无限远端传送。虽然传统的周期采样控制可以节省部分传输资源，但是以消弱控制效果为代价，因而在事件触发体系下，如何设计适当的事件触发机制，使得控制信号在需要时及时传输，进而实现控制性能和控制信号实时传输消耗的良好折中是有十分有意义且实际应用所迫切需要的。系统在实际运行中，经常会遭受外部扰动的影响。因此，在最近几年里，抗干扰控制得到了广泛的关注。然而在这些已有的结果都假定干扰是已知的或是有界的。电机驱动风扇定速系统的执行器偏移故障多是由于元器件的老化和机械的磨损引起的，通常具体有一定的慢时变特性。传统方法中单一的固定参数或时变参数不能很好的描述具有偏移故障特性的集成干扰。此外一旦不确定干扰的信息不能精确获得，现有的控制方法就失去作用。因此，针对电机驱动风扇定速系统，设计固定时间容错控制算法，尤其涉及一种基于事件触发策略的固定时间自适应反馈容错控制方法，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种基于事件触发的电机驱动风扇定速系统的自适应固定时间容错控制方法及系统。实现参数自适应更新，未知扰动和偏移故障的补偿；实现固定时间收敛和降低通信耗费的有效折中，并完成失效故障的及时容错。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

步骤1：对电机驱动风扇系统进行数学建模，包括模型分析、条件放缩及坐标变换；

步骤2：采用失效因子提取和偏移故障分离建立执行器电机故障信息模型；

步骤3：根据恰当的李雅普诺夫函数，设计参数自适应更新律；