1.一种传感器饱和约束下的运动控制系统故障辨识方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1),确定运动控制系统传递函数;通过系统辨识,确定运动控制系统传递函数如式(1)所示:
其中,G(s)为运动控制系统的传递函数,s为传递函数的变量,K、Ts为辨识出来的参数;步骤2),建立运动控制系统状态空间方程并离散化,过程如下:2.1)将上述传递函数转换为状态空间方程并对状态空间方程离散化,并考虑系统中存在执行器故障的情况:其中,A为系统的状态矩阵,B为输入矩阵,x表示系统状态量,k表示k时刻,y表示系统输出量,u为系统输入,au表示执行器故障,Ea表示故障增益矩阵,C为系统的输出矩阵;2.2)定义饱和函数:σ(v)=sign(v)min{1,|v|} (3)2.3)估计器侧接收到的信号:s(k)=σ(Cx(k)) (4)2.4)传感器饱和加上执行器故障的系统改写为:步骤3),构建中间观测器,过程如下:3.1)引入中间变量τ(k)=au(k)-wE′ax(k) (6)其中,上标“′”表示矩阵的转置,τ表示中间变量,w是调优参数;3.2)基于中间变量,设计中间观测器如(7)所示:其中,表示系统状态量x的估计值,表示中间变量τ的估计值,表示对执行器故障au的估计值,L表示需要设计的中间观测器增益;步骤4),矩阵不等式求解考虑传感器饱和约束的中间观测器增益,过程如下:4.1)构建矩阵如式(8)所示:
∑11=Aa′P1Aa-ε1C′ΛC-P1∑12=Aa′P1Ab+C′H′Ba∑13=Aa′P1B+C′H′B∑22=A′bP1Ab+B′aP2Ba-C′H′Ba+B′aHC+C′bP3Cb+εC′bCb-P2∑23=A′bP1B+B′aP2B-C′H′B+CbP3Ca∑33=B′P1B+B′P2B+C′aP3Ca+εC′aCa-P3Aa=A-Bk,Ab=Bk+wBE′a其中*,表示对称元素,P1、P2表示待求解的正定矩阵,H表示待求解的矩阵,P3表示待求解标量,I表示单位阵,Π1、Π2、∑11、∑12、∑13、∑22、∑23、∑33表示中间矩阵,w为调优参数,ε、ε1为给定标量;4.2)求解矩阵不等式Π<0,得到P1、P2、P3、H,中间观测器增益L如式(10)所示:L=P2-1H (10)其中,上标“-1”表示矩阵的逆,从而由中间观测器(7)实现对执行器故障的准确估计;步骤5),矩阵不等式求解标称的中间观测器增益,过程如下:5.1)构建矩阵如式(11)所示:Φ11=A′cP1Ac-A′cHC-C′H′Ac-C′bP2Cb+εC′bCb-P1Φ12=A′cP1Ea-C′H′Ea+C′bP2CaΦ22=E′aP1Ea+C′aP2Ca+εC′aCa-P2Ac=A+wEaE′a,Ca=I-wE′aEa,Cb=wE′a(I-wEaE′a-A)其中*,表示对称元素,P1表示待求解的正定矩阵,H表示待求解的矩阵,P2表示待求解标量,I表示单位阵,Φ11、Φ12、Φ22表示中间矩阵,w为调优参数,ε为给定标量;5.2)求解矩阵不等式Π<0,得到P1、P2、H,中间观测器增益L如式(12)所示:L=P1-1H (12)其中,上标“-1”表示矩阵的逆,从而由中间观测器(7)实现对执行器故障的估计。