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专利号: 2020104620386
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于贝叶斯学习的执行器故障估计方法,其特征在于:包括以下步骤,(1)基于随机走步模型对执行器故障建模如下,fk为k时刻潜在的执行器故障信号;fk‑1为k‑1时刻潜在的执行器故障信号; 为白噪声;k为时间序列;

(2)基于变分贝叶斯理论,将系统状态变量和执行器故障信号的联合后验分布p(xk,fk|y1:k)用两个相互独立的假设分布q(xk|y1:k)和q(fk|y1:k)来表示,即p(xk,fk|y1:k)=q(xk|y1:k)q(fk|y1:k)(式2);

在k‑1时刻,将状态和故障信号的联合概率分布按照如下方式近似:

y1:k={y1,y2,…,yk}表示从1时刻到k时刻观测信号的合集;xk为k时刻系统状态变量;

表示系统状态在k‑1时刻的均值;Pk‑1为 方差; 为故障信号在k‑1时刻的估计值;

Δk‑1为 方差;

(3)在k‑1时刻,预测出k时刻系统的状态和故障;在k时刻,依据贝叶斯理论对预测出的系统状态和系统故障进行迭代更新,输出k时刻系统状态的估计值和该估计值的方差,以及输出k时刻系统故障的估计值和该估计值的方差。

2.如权利要求1所述的基于贝叶斯学习的执行器故障估计方法,其特征在于:步骤(3)中,将k‑1时刻的预测值作为k时刻迭代更新的初始值,即 和这里,i表示迭代步数,其最大迭代步数设为N;其中, 为k时刻状态预测值, 为k时刻状态预测的方差, 为k时刻故障预测值, 为k时刻故障预测的方差,Θ=τI,I为单位矩阵,τ∈(0,1]为可调参数。

3.如权利要求1所述的基于贝叶斯学习的执行器故障估计方法,其特征在于:步骤(3)中,根据执行器所在控制回路的动态模型方程,在k‑1时刻预测出k时刻的系统状态和方差,为k时刻状态预测; 为k时刻状态预测的方差; 为k‑1时刻状态预测值; 为故障信号在k‑1时刻的估计值;uk‑1为控制回路的控制器输出;Pk‑1为k‑1时刻状态方差预测值;

Δk‑1为 方差;Qk为系统状态方差;A为状态转移矩阵;B为控制器输入矩阵。

4.如权利要求3所述的基于贝叶斯学习的执行器故障估计方法,其特征在于:依据贝叶斯理论对预测出的k时刻系统状态和方差进行迭代更新,具体步骤为,为k时刻第i次迭代的系统状态估计值; 为k时刻状态预测; 为第i‑1迭代次数下故障信号的估计值;i表示迭代步数,其最大迭代步数设为N;K为控制回路中滤波器增益;yk为k时刻系统状态的观测值;C为状态的观测矩阵; 为k时刻第i次迭代的状态估计方差;

Pk为k时刻状态估计方差的预测值;Rk为观测噪声的方差。

5.如权利要求4所述的基于贝叶斯学习的执行器故障估计方法,其特征在于:步骤(3)中,输出k时刻系统状态的估计值及其方差为:为k时刻系统状态的估计值;Pk为k时刻系统状态的方差。

6.如权利要求1所述的基于贝叶斯学习的执行器故障估计方法,其特征在于:步骤(3)中,根据执行器故障动态方程,在k‑1时刻预测出k时刻系统的故障和方差,为k时刻故障预测值; 为k时刻故障预测的方差; 为故障信号在k‑1时刻的估计值;Δk‑1为 方差;Θ=τI,I为单位矩阵;τ∈(0,1]为可调参数。

7.如权利要求6所述的基于贝叶斯学习的执行器故障估计方法,其特征在于:依据贝叶斯理论对预测出的k时刻系统故障和方差进行迭代更新,具体步骤为,‑

为k时刻第i次迭代的故障信号的估计值; 为k时刻故障信号的预测值;Δk 为k时刻故障信号的预测方差; 为k时刻系统状态方差; 为k时刻第i次迭代的系统状态的估计值; 为k‑1时刻系统状态的估计值; 为k时刻第i次迭代的故障信号的方差。

8.如权利要求7所述的基于贝叶斯学习的执行器故障估计方法,其特征在于:步骤(3)中,输出k时刻系统故障的估计值fk及其方差Δk:

9.如权利要求1所述的基于贝叶斯学习的执行器故障估计方法,其特征在于:所述估计方法还包括,建立包含执行器故障信号的开环控制回路动态模型和观测动态模型,并对获得的观测数据使用3δ准则进行预处理,所述预处理包括剔除奇异值。

10.如权利要求1所述的基于贝叶斯学习的执行器故障估计方法,其特征在于:所述估计方法还包括,输出k时刻系统状态和系统故障后,判断是否满足k=step,是则结束;否则k=k+1,并跳转至第(2)步;step为最大时间长度。