基于滑模观测器的故障检测与重构方法
摘 要:针对不确定控制系统的故障诊断问题,提出了一种利用滑模观测器进行故障检测与重构的方法。首先设计滑模观测器,以实现系统的执行机构和传感器的故障重构,然后在对系统传感器的故障重构中,采用设计二级观测器构造一个虚拟等效系统的方法提高重构精度,通过运用低通滤波器,将原始的传感器故障以执行器故障的形式表示,并用线性矩阵不等式(LMI)方法来设计观测器。该方法能够更准确的估计出系统的传感器故障,最后给出的数值仿真实例说明了其有效可行性。
动态系统的故障检测与诊断(FDI)理论和技术已受到越来越多的关注,人们提出了许多种以观测器为基础的故障诊断方法[1,2],用观测器信号来推断故障信息。滑模控制是一种特殊的变结构控制。它有两个突出优点:一是系统在到达滑动模态后的降维运动特性能够由预先设计的切换函数来唯一确定;二是受控后的系统对外界扰动和内部摄动具有不变性。滑模控制的第二个优点与提高故障诊断系统的鲁棒性是一致的,因此可以将滑模的概念引入到观测器的设计中,从而提高观测器的故障诊断方法的鲁棒性。近年来,滑模观测器已经被应用到了FDI[3,4],文献[5]使用观测器重构故障信息,并提出了“等效输出注入(EOI)”的概念,它类似于Utkin所提出的等效控制。
本文在文献[6]的基础上提出重构传感器故障的方法,即在传感器测量时能够检测到细微的改变,而这些改变用其它方法是很难检测到的
5 结论
本文提出了一种用滑模观测器来重构传感器故障信息的方法,等效输出估计误差注入经过滤波器滤波形成一个虚拟等效系统,该系统中,传感器的故障以执行机构故障的形式出现。这种方法将执行机构故障进行较好的逼近,然后用于估计原始的传感器故障,因此这种方法需要设计第二个滑模观测器,并对第一个滑模观测器有额外的设计需求,本文用LMI方法解决这个问题。由上面的仿真结果可以看出,故障信息的形状被更加精确的保留了下来,证明了该方法的有效性。
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