[发明专利]一种基于H-

说明书

本发明涉及一种基于H_‑/L_∞观测器的非线性系统同时故障诊断与控制方法，属于故障诊断与安全控制领域。基于残差信息和残差反馈设计，使系统能同时实现故障诊断和控制，提升系统控制安全性能；采用L_∞范数进行故障诊断阈值动态生成，突破了目前已有非线性系统故障诊断方法无法有效得到阈值的限制。

技术领域

本发明涉及一种Lur’e非线性系统的故障诊断与控制方法，主要是基于H_-/L_∞观测器实现Lur’e系统的同时故障诊断与控制，属于故障诊断与安全控制领域。

背景技术

故障诊断和安全控制广泛应用于飞行器控制、电力电子等领域，越来越引起人们的关注。基于观测器的故障诊断方法是一类重要的故障诊断方法，该方法主要是通过构造原系统的观测器，产生冗余状态，将估计值与实际值做差得到残差，最后对残差进行评价，做出判断系统是否有故障。理想情况下无故障时残差为零，但由于建模不确定性、扰动、测量误差等等，导致正常情况下故障诊断系统残差也不为零，因此需要设计阈值来判定系统否发生故障，若残差评价函数超过阈值，则说明系统发生故障，反之则说明系统正常。但是在实际中阈值很难求取，往往根据经验选取，缺乏一定的定量依据。而阈值的计算直接影响到诊断的虚警漏报等性能，因此研究基于观测器的故障诊断阈值计算十分重要。同时安全控制对系统也十分重要，对于故障情形需要及时处置，保障系统安全性。

《一种非线性动态网络同步中的鲁棒故障检测方法》(徐式蕴；汤涌；孙华东；安之；周子冠；张杏珍，中国发明专利，CN102566422A，2014.09.10)专利中提出了一种基于H_-/H_∞观测器方法来进行Lur’e非线性动态网络系统的故障诊断。但是该方法仅能进行故障诊断，不能实现系统控制，此外该方法不能给出用于故障诊断的动态阈值，这影响了故障诊断和安全控制的效果。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于H_-/L_∞观测器实现Lur’e系统的同时故障诊断与控制方法，该方法能够同时进行故障诊断与控制，克服了传统的观测器仅能实现故障诊断的局限，并且提升容错控制性能。

技术方案

一种基于H_-/L_∞观测器的非线性系统同时故障诊断与控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：对控制系统建立Lur’e非线性系统模型，构造故障检测和控制单元

针对控制系统建立Lur’e模型，一类包含线性动态和未知静态非线性负反馈的系统，其描述如下：

其中是系统状态，是控制输入，是量测输出，是系统输出。d是未知干扰，f是故障信号；假设f在d在是有界常数||d||_∞，w＝φ(z,t)是时变无记忆未知非线性负反馈；函数φ(·)在上是未知向量，在给定的扇区[S₁,S₂]内是有界的，即(φ(z)-S₁z)^T(φ(z)-S₂z)≤0，其中0≤S₁≤S₂；

为了使Lur’e系统绝对镇定并衰减外部干扰，采用如下检测和控制器单元：

其中是观测器状态，是检测故障的残差信号，和是要确定的两个矩阵；

联立(1)式和(2)式，得到如下闭环系统：

步骤2：构造误差系统，设计故障诊断和控制单元的增益矩阵