容錯控制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)

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1、第三單元容錯控制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)容錯控制系統(tǒng)故障診斷容錯控制系統(tǒng)特點：故障檢測與診斷故障檢測（FaultDetection,FD)：Useavailablemeasurement(input/output)todetectanypossiblefaultinthesystem故障診斷(FaultDiagnosis):Usetheavailableinformation(input/output)tofindout(estimate)thelocationandthesizeofthefault.容錯控制系統(tǒng)的故障診斷方法故障觀測器法系統(tǒng)辨識法解

2、析余度法容錯控制系統(tǒng)的故障診斷方法三余度以上通道間—比較監(jiān)控√兩通道:基于傳感器信號處理(頻譜分析、小波分析、多傳感器信息融合等)基于狀態(tài)估計模型：故障檢測濾波器方法、未知輸入觀測器和卡爾曼濾波器等。√基于人工智能方法：專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等√故障閾值√系統(tǒng)重構(gòu)√基于模型的故障診斷（1）獲得可用信息：輸入、輸出、工作變量故障觀測器和模型辨識器（2）運用信息找出故障：故障閾值（3）如果故障發(fā)生，產(chǎn)生報警或故障切換，故障重構(gòu)；如果正常，轉(zhuǎn)向步驟（1）故障檢測算法u(t),y(t),系統(tǒng)參數(shù)故障報警故障機理u(t),y(t),系統(tǒng)參數(shù)故障定位基于模型的

3、故障診斷故障觀測器故障觀測器穩(wěn)定誤差依故障不同具有方向性FailureFailureFailureFailure控制系統(tǒng)動態(tài)方程：故障觀測器方程：狀態(tài)誤差：輸出誤差：第j個執(zhí)行結(jié)構(gòu)故障：誤差方程為：第j個傳感器故障誤差方程為：系統(tǒng)參數(shù)故障：誤差方程為：故障檢測濾波器設(shè)計通式:其中:作動器故障傳感器故障系統(tǒng)參數(shù)變化要能故障診斷,f必須可檢測只有存在故障檢測濾波器增益陣D滿足以下兩個條件，則故障向量f是可檢測的：（1）在輸出空間保持固定方向。（2）所有特征值能夠任意配置。穩(wěn)定性設(shè)計穩(wěn)定性：當(dāng)配置的(A-DC)所有特征值都處于S平面的左平面內(nèi)，的系統(tǒng)是穩(wěn)

4、定的。當(dāng)時間時，上式的初始條件瞬態(tài)解將趨于零。(A-DC)的配置應(yīng)使誤差達到穩(wěn)態(tài)值的時間和動態(tài)過程得到控制?？蓹z測性：完全可測系統(tǒng)是指在任意時間，系統(tǒng)狀態(tài)向量X可由測量向量Y唯一地確定：當(dāng)Y(t)給定時，使X(t)有唯一解的充要條件是rankC=n。為滿足可檢測條件選擇，其中為正的標量常值，I為單位陣。若m為傳感器個數(shù),當(dāng)m=n時,若m

5、上。魯棒觀測器外界或某些隨機因素常使故障觀測器的參數(shù)發(fā)生變化，為了消除故障檢測和診斷失誤故障診斷過程當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，參數(shù)魯棒故障觀測器所形成的殘差序列經(jīng)決策函數(shù)（即與一給定的門限進行比較或進行假設(shè)檢驗）后，判斷系統(tǒng)無故障，這樣就不啟動故障向量診斷與估計器。狀態(tài)估計補償器的輸出等于狀態(tài)測量值或狀態(tài)估計器的輸出值。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，參數(shù)魯棒故障觀測器及及殘差發(fā)生器產(chǎn)生的殘差序列經(jīng)決策函數(shù)判定系統(tǒng)故障，這時啟動故障向量診斷器及估值器對系統(tǒng)故障的向量進行定位并對故障向量的大小及其影響進行估值，并將診斷及估值的結(jié)果送狀態(tài)估計補償器，狀態(tài)估計補償器對狀態(tài)的估

6、值進行校正使其接近真實值，從而實現(xiàn)狀態(tài)向量的重構(gòu)，最后達到容錯目的。比例積分觀測器的故障診斷解決未知干擾輸入影響設(shè)計:當(dāng)且時,當(dāng)或時,滿足下式,那么殘差r與未知輸入干擾等完全解耦。比例積分觀測器干擾多階比例積分觀測器誤差曲線比例積分觀測器Luenberger觀測器舵機故障參數(shù)漂移傳感器故障控制器故障神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障辨識器動態(tài)遞歸網(wǎng)絡(luò)記憶功能強收斂速度快魯棒性強增加關(guān)聯(lián)層增加自反饋前饋網(wǎng)絡(luò)Elman網(wǎng)絡(luò)TDElman網(wǎng)絡(luò)改進Elman網(wǎng)絡(luò)算法其中：非線性函數(shù)Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂速度BPFeedforwardneuralnetworkTDElmanneu

7、ralnetwork快速收斂!!Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辯識效果辯識精度：TDElman輸出與系統(tǒng)的輸出吻合很好，相對誤差小于2.5%魯棒性：測量端和輸入端增加隨機干擾后，幾乎沒有對Elman輸出產(chǎn)生影響。放大器故障TDElman網(wǎng)絡(luò)診斷曲線t(s)x(mm)故障閾值故障閾值的影響因素：建模誤差隨機干擾輸入干擾因素輸出干擾參數(shù)漂移固定閾值：自適應(yīng)閾值自適應(yīng)閾值模型可測試性建模誤差參數(shù)漂移干擾輸入輸出修正干擾影響小波分解自適應(yīng)閾值獲取方法小波分解（時頻）與重構(gòu)：可以剔除干擾影響時頻二維自適應(yīng)閾值輸入輸出隨機干擾實際系統(tǒng)輸入系統(tǒng)模型━小波消噪建模誤差高精度T

8、DElman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辯識器小波包分解小波包分解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)殘差自適應(yīng)閾值故障決策舵機正常時自適應(yīng)閾值試驗曲線自適應(yīng)閾值殘差故障