一种基于动静混合策略的故障检测与重构系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于动静混合策略的故障检测与重构系统及方法，首先，根据控制系统当前工作模式，对故障检测器和传感器配置方案进行联合优化，在保证故障检测性能的前提下，使系统的能量消耗尽量减小；其次，当有故障被检测出时，通过求解多模型选择问题，实现故障类型的实时准确辨识；最后，根据所辨识的故障类型，通过设计合理的切换控制方案，完成控制分配和系统镇定，实现多类可能故障情形下控制系统的自主故障检测与重构。本发明专利技术方案结合了静态的故障监视与动态的故障类型辨识与控制系统重构，相对于传统的故障检测与容错控制方案，能有效处理多类潜在故障，实时性提高，能耗减低，可应用于航天器、机电、化工等控制对象的高可靠性控制问题。

System and method for fault detection and reconstruction based on static and dynamic mixing strategy

The invention relates to a hybrid strategy for fault detection and reconstruction system and method based on the first, according to the current mode of operation control system for joint optimization of fault detector and sensor configuration, while ensuring the performance of fault detection, the system can reduce consumption; secondly, when a fault is detected when the selection problem by solving the model, to achieve accurate real-time identification of fault types; finally, according to the fault type identification and control scheme by switching the reasonable design, complete distribution and control system to realize the multi class town, possibly Autonomous Fault Detection and reconstruction of control system under fault conditions. The scheme of the invention combines the fault type identification and control system fault monitoring and dynamic static, compared with the traditional fault detection and fault-tolerant control scheme can effectively deal with multi class fault, improve the real-time performance, reduce energy consumption, high reliability control problems can be applied to the control object of the spacecraft, electromechanical industry and chemical industry etc..

【技术实现步骤摘要】
一种基于动静混合策略的故障检测与重构系统及方法
本专利技术涉及一种基于动静混合策略的故障检测与重构系统及方法，应用于航天器、机电、化工等控制对象的高可靠性控制领域。
技术介绍
近年来，随着工业技术的发展，航天器、机电、化工等领域所涉及的控制任务日益复杂，控制系统的规模也日益庞大，系统中可能发生故障的因素大幅增加，故障类型也日趋多样，上述趋势对控制系统的可靠性提出了更高的要求，传统的故障检测与容错控制方法遇到了新的挑战。以航天器姿态控制系统为例，系统中可能出现的故障因素包括执行机构故障(如飞轮失效或卡死)、传感器故障(如陀螺仪失效)、通讯故障(如信号中断或传输丢包)、控制芯片故障、电源故障等，以上故障来源不一、类型多样，轻则会导致航天器姿态控制性能下降，严重时则会导致控制系统崩溃，造成难以估量的损失。传统的故障检测方法主要分为两类，一类是基于假设检验的故障检测方法；另一类是基于观测器的故障检测方法。前者通过构造与系统状态相关的某一统计量，将统计量与某一事先给定的阈值进行比较，若超出该阈值时即判断故障发生；后者根据系统模型构造状态观测器，通过状态估计的残差序列判断是否有故障发生。值得注意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动静混合策略的故障检测与重构系统，其特征在于：所述故障检测与重构系统由传感器调度单元、故障检测单元、故障类型辨识单元、系统重构单元组成，用于实现控制系统的实时故障检测与重构，所述控制系统由被控对象、传感器和反馈控制器组成；控制系统的工作模式包括正常模式和多种故障应对模式；传感器调度单元根据控制系统当前的工作模式，对传感器配置方案进行优化，在保证故障检测性能的同时，减小能量消耗；故障检测单元根据传感器的当前量测信息，判断控制系统是否出现故障；如果判断出现故障，则由故障类型辨识单元根据传感器量测信息进一步辨识故障类型；系统重构单元根据故障类型辨识单元输出的故障类型对控制系统进行重构；反馈控...

【技术特征摘要】
1.一种基于动静混合策略的故障检测与重构系统，其特征在于：所述故障检测与重构系统由传感器调度单元、故障检测单元、故障类型辨识单元、系统重构单元组成，用于实现控制系统的实时故障检测与重构，所述控制系统由被控对象、传感器和反馈控制器组成；控制系统的工作模式包括正常模式和多种故障应对模式；传感器调度单元根据控制系统当前的工作模式，对传感器配置方案进行优化，在保证故障检测性能的同时，减小能量消耗；故障检测单元根据传感器的当前量测信息，判断控制系统是否出现故障；如果判断出现故障，则由故障类型辨识单元根据传感器量测信息进一步辨识故障类型；系统重构单元根据故障类型辨识单元输出的故障类型对控制系统进行重构；反馈控制器则用于镇定重构后的控制系统。2.一种基于动静混合策略的故障检测与重构方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，根据控制系统当前工作模式，对传感器调度单元和故障检测单元进行联合优化，确定传感器配置方案，即哪些传感器需要开启，并构造相应的故障检测方案，使得故障检测系统能够满足所给定故障检测性能，同时尽量降低传感器的能量消耗；第二步，根据第一步所确定的传感器配置方案和故障检测方案，故障检测单元接收传感器的实时量测信息，判断当前时刻是否有故障发生，当故障检测单元判断有故障发生后，将更新故障标识信号，从而激活故障类型辨识单元，故障类型辨识单元接收到故障标识信号后，将故障检测系统转入故障应对模式，即开启更多传感器，或以更高频率采样，从而获得更多的关于控制系统运行状态的信息；故障类型辨识单元根据所获得的量测信息，通过求解多模型选择问题，实现故障类型的实时准确辨识；第三步，系统重构单元根据第二步所辨识得到的故障类型，构造相应的控制分配方案，即利用被控对象的控制冗余度，完成基于控制分配的系统重构，实现多类可能故障情形下控制系统的实时故障检测与自主重构。3.根据权利要求2所述的基于动静混合策略的故障检测与重构方法，其特征在于：所述第一步中的传感器调度单元和故障检测单元联合优化，其具体实现如下：(1)首先，建立控制系统的状态空间模型：∑:其中，xk为k时刻系统∑的状态变量；uk为k时刻的控制输入；ωk为高斯噪声，用来描述k时刻模型误差和外部干扰的综合作用；为k时刻第s个传感器输出的量测值；为高斯噪声，表示k时刻第s个传感器的量测噪声，通常情况下各个传感器的量测噪声相互独立；A(ηk,r...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭雷，李文硕，乔建忠，张丹瑶，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11