CN119414715A 一种基于状态集合分离和集值观测器的故障诊断方法 （清华大学深圳国际研究生院）

一种基于状态集合分离和集值观测器的故本发明提出了一种基于状态集合分离和集LTI系统。该方法通过建立包含有界随机扰动和2S1：建立具有有界随机扰动与测量噪声的待诊断离散线性定常LTI系统的状态空间模S5：当判断存在故障时，利用故障检测前一时刻的状S6：根据建立的其他模态的状态估计集合，通过4.如权利要求2或3所述的基于状态集合分离和集值观测器的故障5.如权利要求1至4任一项所述的基于状态的优化问题确定观测器增益组成I"和构造基于状态估计集合尺寸最小的优化问题确6.如权利要求1至5任一项所述的基于状态集合分38.如权利要求1至7任一项所述的基于状态集合分器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的基于状态集合分离和集值观测器的故障诊断4诊断技术对需要高安全性和可靠性的工业应用场景具有十分[0003]故障诊断技术目前采用的方法主要集中在基于模型的故障诊断方法和基于数据[0004]基于模型的鲁棒故障诊断方案可以进一步分为被动故障诊断(PassiveFault分布已知这一假设的随机故障诊断方案需要得知精确的扰动和噪声所服从的概率分布信数与真实值仅有的微小偏差也可能导致故障诊断结论的可靠性出现非常大的偏差。因此，5[0007]需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于[0011]S1：建立具有有界随机扰动与测量噪声的待诊断离散线性定常LTI系统的状态空6[0020]利用系统输入向量、输出向量以及待定的观测器参数构造集值观测器的动态方的优化问题确定观测器增益组成和构造基于状态估计集合尺寸最小的优化问题确[0023]通过设计使同一模态的两个不同状态估计集合之间彼此分离[0028]本发明从一种全新的促进状态集合分离的角度提供一种基于集值观测器的故障方法尤其对于主要受噪声影响的系统表现出更好的故7[0031]图2是本发明实施例中利用状态估计集合之间的分离趋势确定促进故障诊断的集[0032]图3(a)和图3(b)是本发明实施例的故障诊断实际应用示意图，其中在k＝10时系[0033]图4是本发明实施例的一种利用集合论和未知输入观测器的系统在k＝0到k＝12[0034]图5是本发明实施例在k＝12时刻检测到故障时的输出估计集合和实际输出信号[0035]图6是本发明实施例在k＝13时刻分离出故障时的输出估计集合和实际输出信号[0038]参阅图1，本发明实施例提供一种基于状态集合分离和集值观测器的故障诊断方[0039]S1：建立具有有界随机扰动与测量噪声的待诊断离散线性定常(Lineartime_8下：构造基于状态集合分离的优化问题确定观测器增益组成和构造基于状态估计诊断判据，通过检测系统输出是否属于预测的输出集合来确定系统是否处于特定故障模[0051]本发明提出一种创新的故障诊断方法，该方法基于状态9[0055]S2：根据待诊断系统的状态空间模型确定集值观测器的待定参数(对于被动故障[0056]S3：利用集值观测器对离散LTI系统的健康模态建立状态估计集合的动态方程以[0060]参阅图2，在一些实施例中，步骤S2中关于集值观测器的待定参数的设计步骤如分别表示第i个关节的实际力矩和计算得到的名义力矩。gi表示乘性[0076]上述机械臂执行器乘性故障模型符合一般的受多维乘性执行器故障影响的线性Xoy=t+ylrex,yey。[0089]将上述中心对称多面体展开可以得到状态估计集合和输出估计集合的中心和生步地，本发明用无界中心对称多面体来描述中心对称的无界集合。无界中心对称多面体zeR"的定义如下：[0104]在用k时刻的输出一致状态集合作为k时刻的状态估计集合时，集值观测器(2)所能够达到的各个方向都保守性最小的状态集合是当[0115]通过最大化原点相对于的排斥趋势，可以得到促进故障诊断的观测器增z)-lA,其中算[0132]其中，磁,(ieI)是由被动故障诊断设计过程中确定的观测器增益带入集值观测器迭代公式(3)中得到的。通过求解优化问题(17)得到的输入信号能够进一步促进故障诊[0138]假定系统在k＝10时刻发生第一种执行器故障(即在k＝10时刻向系统中注入第一第一和第二维分量上的投影，且为与第i个模态对应的残差信号。在图3故障模态残差分量信号超出了第二种故障模态残差集投影的上界，因此可以判断在k＝13输入观测器的系统在k＝0到k＝12时刻残差集可视化。图5展示了在k＝12时刻检测到系统模态时的第一种和第二种模态输出估计集合以及实际输中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，ReadOnlyMemory)、可编程只读存储器(PROM，ProgrammableRead_OnlyMemory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，ErasableProgrammableRead_OnlyMemory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，Electrically发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现