一种非线性机电系统的主动容错控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种非线性机电系统的主动容错控制方法，包括：建立系统的不确定性诊断键合图模型；根据不确定性诊断键合图模型推导出系统的解析冗余关系及动力学模型；基于粒子群优化算法设计优化自适应阈值以提高参数不确定条件下的故障检测性能；基于递归终端滑模理论，设计系统的递归终端滑模控制律即闭环控制律，实现系统健康状态下的负载位置跟踪；针对系统的参数故障，利用自适应模糊系统对未知参数故障项进行实时估计，并将估计值补偿到控制律中，设计系统的自适应模糊递归终端滑模控制律即容错控制律；当系统发生参数故障，将闭环控制律切换至容错控制律，实现对系统参数故障的主动容错控制。障的主动容错控制。障的主动容错控制。

【技术实现步骤摘要】
一种非线性机电系统的主动容错控制方法


[0001]本专利技术涉及容错控制
，尤其是一种非线性机电系统的主动容错控制方法。

技术介绍

[0002]随着工业生产的飞速发展，非线性机电系统作为一类涉及机械、电气等多种不同能量域的复杂系统被广泛应用在航空航天、数控机床、工业设备生产等领域。非线性机电系统在过载过温或外界干扰的情况下，系统参数可能会发生故障，如果不及时对故障进行处理将会对整个系统的安全运行造成很大的影响。
[0003]目前，容错控制的研究主要分为被动容错控制和主动容错控制。被动容错控制考虑了控制器的鲁棒性，使得系统无论是否发生故障，无论故障大小，都能保持良好的工作性能。主动容错控制是在检测到故障发生后，主动对控制律进行调整，使系统保持满意的工作性能。相比较被动容错控制，主动容错控制具有更灵活的设计方法，因此主动容错控制广泛应用于非线性机电系统的容错控制中。现有的技术方案大部分关注于执行器故障和传感器故障的容错控制研究，很少涉及系统参数故障的容错控制。由于参数的变化所引起的故障在实际系统运行过程中无法避免，并且严重的参数故障可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性机电系统的主动容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立非线性机电系统的不确定性诊断键合图模型；S2，根据不确定性诊断键合图模型，推导出非线性机电系统的解析冗余关系和动力学模型；S3，基于非线性机电系统的解析冗余关系进行故障检测，并且基于粒子群优化算法，设计优化自适应阈值，用于提高参数不确定条件下的故障检测性能；S4，基于递归终端滑模理论，设计非线性机电系统的递归终端滑模控制律即闭环控制律u
nor
；S5，针对非线性机电系统的参数故障，利用自适应模糊系统对未知参数故障项进行实时估计，并将估计值补偿到控制律中，进一步设计非线性机电系统的自适应模糊递归终端滑模控制律即容错控制律u
ftc
；S6，根据步骤S3的故障检测结果实时切换控制律，若系统无故障时，采用闭环控制律u
nor
，实现系统健康状态下的负载位置跟踪；若系统发生参数故障，则将闭环控制律u
nor
切换至容错控制律u
ftc
，实现对系统参数故障下的主动容错控制。2.根据权利要求1所述的一种非线性机电系统的主动容错控制方法，其特征在于，步骤S1中，非线性机电系统包括：驱动器部分、直流电机电气部分、直流电机机械部分、减速器部分和负载部分；非线性机电系统的不确定性诊断键合图模型包括：势源Se，流源Sf，可调势源MSe，阻性元件容性元件{C1,C2,
…
,C
φ
}，惯性元件{I1,I2,
…
,I
ψ
}，势传感器{De1,De2,
…
,De
v
}，流传感器{Df1,Df2,
…
,Df
ξ
}，虚拟势传感器De
*
，不确定参数不确定参数的乘性不确定性值变换器TF，回转器GY，0
‑
型结点，1
‑
型结点；分别表示系统中阻性元件、容性元件、惯性元件、势传感器、流传感器及不确定参数的数量。3.根据权利要求2所述的一种非线性机电系统的主动容错控制方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下步骤：S21，根据非线性机电系统的不确定性诊断键合图模型，推导出每个结点的本构关系，用已知变量或可测变量消除本构关系中的未知变量，推导出非线性机电系统的解析冗余关系，表示如下：式中，n表示解析冗余关系ARR的数量，ARR
i
表示第i个解析冗余关系；r
i
(*)表示ARR
i
的标称部分，即系统运行时的残差；表示ARR
i
的不确定部分：的不确定部分：的不确定部分：表示元件的参数集合，k≥δ，k表示元件的参数数量；表示不确定参数引起的不确定值，u表示系统的输入，表示不确定参数
的乘性不确定性值；S22，根据步骤S21所得到的非线性机电系统的解析冗余关系，推导出如下形式的非线性机电系统动力学模型：式中，θ
s
表示负载的位置；为θ
s
的一阶导数，表示负载的速度；为θ
s
的二阶导数，表示负载的加速度；表示关于括号内变量的函数关系；d表示系统的未知干扰，且满足|d|≤D，D表示系统未知干扰的上界，为已知的大于零的常数。4.根据权利要求3所述的一种非线性机电系统的主动容错控制方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下步骤：S31，根据步骤S21所得的非线性机电系统的解析冗余关系，定义Υ
i
为系统健康状态下残差与阈值之间的差值，表示如下：式中，h
i
表示阈值，根据式(3)可以建立如下形式的多目标约束函数：约束条件为：式中，N
m
为采样点数量，h
i
(t)为ARR
i
对应的阈值，为系统健康状态下ARR
i
对应的残差；S32、根据步骤S31所建立的多目标约束函数，通过粒子群优化算法，即通过PSO计算出新的不确定参数的乘性不确定性值为并确定优化自适应阈值为定义二进制相干向量CV＝[c
1 c2…
c
n
]，用于表示故障诊断过程中残差的一致性，若CV为非零向量，则表示系统发生故障，反之系统没有发生故障；CV中元素c
i
的取值由系统运行时的残差r
i
决定，元素c
i
的取值通过以下规则确定：
5.根据权利要求4所述的一种非线性机电系统的主动容错控制方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：郁明，李旺林，黄云志，肖晨雨，卢昊天，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：