[发明专利]一种强噪声下的运动控制系统多重故障辨识方法有效

专利信息
申请号: 201910669435.8 申请日: 2019-07-24
公开(公告)号: CN110543162B 公开(公告)日: 2021-02-26
发明(设计)人: 朱俊威;周巧倩;徐建明;顾曹源;吴珺 申请(专利权)人: 浙江工业大学
主分类号: G05B23/02 分类号: G05B23/02
代理公司: 杭州斯可睿专利事务所有限公司 33241 代理人: 王利强
地址: 310014 浙江省*** 国省代码: 浙江;33
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摘要: 一种强噪声下的运动控制系统多重故障辨识方法,对运动控制系统进行建模;得到系统状态空间方程并离散化;利用小波变换去噪;构建中间观测器;通过矩阵不等式求解中间观测器增益;通过中间观测器估计出攻击。构建观测器,并通过矩阵不等式求解中间观测器增益。通过与标称的中间观测器、H观测器分别进行2组对比,验证本方法的有效性。本发明的方法考虑了运动控制系统发生网络攻击的现象,并且本发明不只局限于此实例,同时其估计结果可以满足实际应用的精度与实时性要求。
搜索关键词: 一种 噪声 运动 控制系统 多重 故障 辨识 方法
【主权项】:
1.一种强噪声下的运动控制系统多重故障辨识方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:/n步骤1),确定运动控制系统传递函数;/n通过系统辨识,确定运动控制系统传递函数如式(1)所示:/n /n其中G(s)为运动控制系统的传递函数,K、Ts为辨识出来的参数;/n步骤2),建立运动控制系统状态空间方程并离散化,过程如下:/n2.1)将上述传递函数转换为状态空间方程并对其离散化,并考虑系统中存在执行器攻击、传感器攻击以及白噪声的情况:/n /n其中A为系统的状态矩阵,B为输入矩阵,x表示系统状态量,u为系统输入,wi表示白噪声,fa表示执行器攻击,fs表示传感器攻击,E和D表示攻击增益矩阵;/n2.2)对系统进行增广,将fs作为新的状态变量,令得到增广后的状态空间方程:/n /n其中,/n步骤3),利用小波变换对含有攻击及白噪声的输出信号进行去噪;/n小波变换方法是依据数据自身的时间尺度特征,将一个复杂信号分解为若干频率不同的简单信号,利用小波变换对含有攻击及白噪声的输出信号进行分解,并剔除高频分量,将剩下的分量合并,即可得到去噪后的输出信号;/n步骤4),构建中间观测器并通过矩阵不等式求解观测器增益,过程如下:/n4.1)定义中间变量如所示:/n /n其中上标“T”表示矩阵的转置,ζ表示中间变量,fa表示执行器攻击,表示增广后的系统状态量,表示攻击增益,ω调优参数;/n4.2)基于中间变量,设计中间观测器如(5)所示:/n /n其中上标“T”表示矩阵的转置,表示系统状态量的估计值,表示中间变量ζ的估计值,表示对执行器攻击fa的估计值,表示对执行器攻击fs的估计值,表示输出y的估计值,L表示需要设计的中间观测器增益;/n4.3)构建矩阵如式所示:/n /n /n /n /n /n其中*表示对称元素,P1表示待求解的正定矩阵,H表示待求解的矩阵,P2表示带求解标量,w为调优参数,ε为给定标量,I表示单位阵,Π11,Π12,Π22表示中间矩阵:/n4.4)求解矩阵不等式Π<0,得到P1、H,中间观测器增益L如式所示:/nL=P-1H (7)/n其中上标“-1”表示矩阵的逆,从而由中间观测器(5)实现对执行器攻击和传感器攻击的准确估计;/n步骤5),构建H观测器并通过矩阵不等式求解观测器增益,过程如下:/n5.1)设计鲁棒观测器为:/n /n5.2)构建矩阵如式所示:/n /n /n /n /n其中,G=PLa,G,P,r为矩阵变量。/n
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