一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法

本发明涉及一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法，属于线性连续系统故障估计。

背景技术：

1、由于系统在运行中经常受到内外部环境的影响，容易导致发生故障，进而影响系统运行可靠性，因此容错控制技术得到了很大发展。作为主动容错控制系统的子系统，故障诊断的性能对于提高系统的可靠性有着重要的意义，尤其是故障估计能够得到故障的特征和幅值，对于容错控制的性能提升具有重要作用。

2、一方面，系统建模中往往存在不确定性结构，部分学者将不确定性结构特点考虑在内故障估计观测器的设计，却对系统提出了各种严格的限制条件，如要求故障有界、故障一阶导数有界、干扰有界、左半平面不存在不变零点等，限制了故障估计方法的应用范围。另一方面，故障估计的快速性对于系统容错控制具有重要作用，因此在故障估计时，不仅要保证估计的准确性，还要保证估计的快速性。

技术实现思路

1、为了放松模型不确定性系统故障估计观测器设计中的严格条件，并提高故障估计速度，本发明提出了一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法，具体地说，在设计自适应故障估计观测器参数时，考虑不确定性的影响，在求解lmi矩阵时，考虑了故障估计误差与故障一阶导数之间的性能。

2、本发明为解决上述技术问题提供了如下解决方案：

3、一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法，包括以下步骤：

4、步骤一、建立包含不确定性参数的线性连续系统模型；

5、步骤二、针对步骤一中的线性连续系统模型设计自适应快速故障估计观测器；

6、步骤三、针对步骤二中的自适应快速故障估计观测器，设计观测器参数；

7、步骤四、基于观测器参数和故障估计表达式，求解出故障估计值。

8、进一步地，所述步骤一中，建立的不确定线性连续系统模型为：

9、；

10、其中，，，，，分别为系统的状态向量、输入向量、执行器故障向量、干扰向量和输出向量。为适维矩阵。

11、、、、表示模型的不确定性，且满足：

12、，，，；

13、其中、、、、、、、是已知矩阵，、、、是满足，，，且具有lebesgue可测元的未知矩阵函数，是单位矩阵；且。和分别为行满秩和列满秩矩阵。

14、进一步地，不确定线性连续系统模型满足如下两个条件：

15、①可观；

16、②故障在发生之后是可微的（在故障发生的时刻不要求可微），且；

17、进一步地，步骤二中所述的自适应快速故障估计观测器为：

18、；

19、其中，分别为状态、故障和输出的估计，、为需要设计的观测器增益矩阵。令系统状态估计误差，

20、输出估计误差，

21、故障估计误差；

22、进一步地，根据所述系统模型和所述自适应快速故障估计观测器，得到观测器误差方程为：

23、；

24、其中，，

25、，，

26、，，，是阶单位矩阵，，；

27、进一步地，步骤三中所述的观测器参数设计过程为：

28、使用matlab的lmi工具箱对如下两个lmi式进行求解，可得到观测器参数的最优解：

29、；

30、；

31、其中，矩阵，对称正定矩阵，常数。，的极点位于区域，是性能指标，。

32、进一步地，故障估计值的计算过程为：

33、 ；

34、本发明的有益效果是：

35、本发明设计了一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法，使得不确定线性连续系统在发生执行器故障后，能够得到执行器故障的估计结果。本发明方法的优势在于：

36、1、放松了模型不确定线性连续系统的故障估计观测器设计的条件，仅仅只要求系统可观且没有位于原点的不变零点，能够解决更广泛不确定系统的故障估计问题；

37、2、在设计观测器时，由于观测器设计过程中的广义干扰包含故障导数，根据设计要求，故障估计误差需要满足h∞性能：，因此一定程度上加快了故障估计的速度。

技术特征：

1.一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法，其特征在于，所述步骤一中，建立包含不确定性参数的线性连续系统模型为：

3.根据权利要求2所述的一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法，其特征在于，所述线性连续系统模型满足如下两个条件：

4.根据权利要求1所述的一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法，其特征在于，所述步骤二中，自适应快速故障估计观测器为：

5.根据权利要求4所述的一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法，其特征在于，所述观测器转化为如下观测器误差方程：

6.根据权利要求1所述的一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法，其特征在于，所述步骤三中，观测器参数设计过程为：

7.根据权利要求1所述的一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法，其特征在于，所述故障估计值由如下表达式得到：

技术总结一种基于自适应观测器的不确定线性连续系统时变故障快速估计方法，属于线性连续系统故障估计技术领域。包括：步骤一、建立包含不确定性参数的线性连续系统模型；步骤二、针对步骤一中的线性连续系统设计自适应快速故障估计观测器；步骤三、针对步骤二中的自适应快速故障估计观测器，求解观测器参数；步骤四、基于观测器参数和故障估计表达式，求解出故障估计值。本发明放松了模型不确定线性连续系统的故障估计观测器设计的条件，且一定程度上提高故障估计的速度。技术研发人员：李飞,王岩,洪海滨,陈美男,田密,姜旭,吕德坤受保护的技术使用者：中国人民解放军海军航空大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9