基于H无穷鲁棒未知输入观测器的传感器故障诊断方法技术

本发明专利技术属于民用航空飞机中央维护系统(CMS)传感器故障诊断技术领域，提出了一种基于H无穷鲁棒未知输入观测器的传感器故障诊断方法，包括：矩阵元素构成飞机子系统某一稳态平衡处的线性状态空间模型；对比所建线性状态空间模型与实际系统之间的差异，应用反卷积方法计算模型误差矩阵E；求解UIO中的参数矩阵H、T、A

Sensor fault diagnosis method based on H robust unknown input observer

The invention belongs to the civil aviation aircraft central maintenance system (CMS) sensor fault diagnosis technology, proposes a sensor fault diagnosis method, robust H infinity of unknown input observer which is based on matrix elements of linear state space model in a steady-state equilibrium at the aircraft subsystem; the difference between the comparison of linear state space model with the actual system, calculation model of error matrix E application of deconvolution method; H, T, A parameter matrix in UIO solution

【技术实现步骤摘要】
基于H无穷鲁棒未知输入观测器的传感器故障诊断方法
本专利技术属于民用航空飞机中央维护系统(CMS)传感器故障诊断
，具体为一种用于民用飞机健康管理系统传感器故障诊断的H无穷鲁棒优化算法。
技术介绍
飞机的健康管理系统包括中央维护系统，飞机状态监控系统以及数据下载和配置管理系统三个部分组成。其中中央维护系统关注于故障发生后的故障检测和诊断隔离；飞机状态监控系统关注于故障发生前的故障预测；数据加载和配置管理系统则关注于一些辅助性的功能，比如程序的在线固化以及系统内各组成部分的软件硬件配置项管理等。中央维护系统在飞行中在后台实时工作，在成员系统向中央告警系统进行告警信息的发送时也在同时向中央维护系统发送故障编码，中央维护系统存储故障编码同时根据故障编码自动生成FDE编码，并将此编码存储以供地面维护人员进行查阅；需要注意的是中央维护系统生成的FDE信息是不发送给中央告警系统的。民用飞机尤其是大型载人民用客机运行过程中，传感器的可靠性尤为重要，也是中央维护系统进行故障诊断的重要部分。民用飞机健康管理系统都是以传感器信号为参考进行并假设其处于正常工作状态。而实际上，由于飞机恶劣的工作环境以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于H无穷鲁棒未知输入观测器的传感器故障诊断方法，其特征在于，包括：步骤1、利用飞机子系统的某一个稳态平衡工作点对该系统逐个输入变量参数施加小扰动，同时强制其他状态和输入参数不变，用非线性模型进行多步动态计算，当迭代运算达到平衡停止时，得到对应的状态量导数和输出量的变化，并根据对应的状态量导数和输出量的变化计算出对应的矩阵元素；由所述矩阵元素构成飞机子系统某一稳态平衡处的线性状态空间模型；步骤2、对比所建线性状态空间模型与实际系统之间的差异，应用反卷积方法计算模型误差矩阵E；步骤3、通过模型误差矩阵E，求解UIO中的参数矩阵H、T、A

【技术特征摘要】
1.一种基于H无穷鲁棒未知输入观测器的传感器故障诊断方法，其特征在于，包括：步骤1、利用飞机子系统的某一个稳态平衡工作点对该系统逐个输入变量参数施加小扰动，同时强制其他状态和输入参数不变，用非线性模型进行多步动态计算，当迭代运算达到平衡停止时，得到对应的状态量导数和输出量的变化，并根据对应的状态量导数和输出量的变化计算出对应的矩阵元素；由所述矩阵元素构成飞机子系统某一稳态平衡处的线性状态空间模型；步骤2、对比所建线性状态空间模型与实际系统之间的差异，应用反卷积方法计算模型误差矩阵E；步骤3、通过模型误差矩阵E，求解UIO中的参数矩阵H、T、A1；通过已知的干扰矩阵R，并应用H∞频域优化下的线性矩阵不等式求解系统的李亚普诺夫稳定方程，以得到UIO中的参数矩阵K1、K2、F；步骤4、对UIO中的参数矩阵H、T、A1、K1、K2、F进行j次降维度处理，得到j个降维UIO观测器和一个全维UIO观测器，通过j个降维UIO观测器得到j个传感器故障诊断的残差结果，所述残差结果即为故障诊断结果。2.如权利要求1所述的一种基于H无穷鲁棒未知输入观测器的传感器故障诊断方法，其特征在于，步骤1具体为：获取压气机进口压力小扰动量、进口温度小扰动量、转速小扰动量、出口压力小扰动量、压气机出口流量小扰动量、出口温度小扰动量和扭矩小扰动量，代入飞机某子系统的线性状态空间模型公式(1)；其中，ΔP2k,ΔT2k,Δwtk,ΔP3k，分别代表压气机进口压力小扰动量、进口温度小扰动量、转速小扰动量和出口压力小扰动量；Δm3k,ΔT3k,Δqck，分别代表压气机出口流量小扰动量、出口温度小扰动量和扭矩小扰动量，C＝I，D＝0；A、B为模型中待定的参数矩阵；求取公式(1)中的A,B矩阵参数，首先将A,B矩阵参数展开如下：将式(2)中的矩阵中参数的描述表达为最小二乘问题；其中Xk+1表示在小扰动下K次采样得到的输出序列，φk为K次采样的状态和输入序列，θ为未知参数矩阵A、B的组合，应用最小二乘解法对θ进行拟合求解，其表达式为：θ＝Xk+1·φkT(φkTφk)-1(4)由于θ为未知参数矩阵A、B的组合，所以得到参数矩阵A、B的值，进而得到完整的飞机子系统某一稳态平衡处的线性状态空间模型。3.如权利要求2所述的一种基于H无穷鲁棒未知输入观测器的传感器故障诊断方法，其特征在于，步骤2具体为：带有模型不确定性的飞机子系统模型如下：yk＝Cxk(5)其中为模型不确定性矢量；xk为模型状态量；uk为模型输入，与飞机子系统输入相同；yk是模型输出，该系统的真实输出应用压气机的真实输入输出数据以及已知的{A,B,C}矩阵来确定模型不确定矢量；首先将式(5)展开为式(6)形式，其中假设已知x0：定义为建模的输出误差，为压气机真实输出与模型输出的差，表达为：其中

【专利技术属性】
技术研发人员：贺琛，解庄，
申请(专利权)人：中国航空工业第六一八研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61