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专利号: 2022111783673
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-04-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种针对RLC分数线性电路的故障检测方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:根据基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)构造RLC分数电路的数学模型,构造增广矩阵,将微分方程转化为标准形式的状态方程;

步骤2:基于步骤1中的状态方程,考虑变分数阶、干扰、非线性和故障情况,给出了RLC分数电路含有干扰和故障的一般系统模型;

步骤3:设计类Luenberger观测器作为残差信号发生器,得到相应的动态估计误差系统;

所述类Luenberger观测器系统为

其中, 表示状态估计向量, 为估计输出向量, 表示残差信号,L是观测器的增益,为设计对象;0<Q<1, 表示状态向量, 为系统输出, 表示控制输入,A、B1、B2、C为已知的具有适当维数的常数矩阵;Φ(x(t),u(t))为具有Lipschitz常数η的非线性向量函数,η>0,即:定义状态误差为:

所述动态估计误差系统为:

其中:

步骤4:针对步骤3中得到的动态误差系统,利用李亚普诺夫函数,给出系统指数稳定,且满足H∞和H‑两个性能的充分条件,并根据所述充分条件设计故障观测器的参数;

步骤5:根据步骤3所设计的故障观测器,设定阈值Jth,构造残差评估函数J(r),判断系统是否出现故障。

2.根据权利要求1所述的针对RLC分数线性电路的故障检测方法,其特征在于,所述电路是由电阻、电容、线圈和电压源组成的线性电路,根据基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL),所述RLC分数电路的数学模型为:其中, 和 分别是流经线圈、电阻和电感的电流,uL,uR和uC分别是流经线圈、电阻和电感两端的电压,L表示电感,C表示电容,R表示负载电阻;

因为 其中0<α,β<1,则(4)式可写为其中,uC(t)、 是状态变量,u(t)是控制输入,若定义 则可得所述RLC分数电路的系统模型的状态方程如下:式中,

3.根据权利要求2所述的针对RLC分数线性电路的故障检测方法,其特征在于,所述步骤2中RLC分数电路含有干扰和故障的一般系统模型为:其中,0<α<1, 表示状态向量, 为系统输出, 表示控制输入, 表示故障, 表示外部干扰,其中,将故障可以表示任何类型的执行器或传感器故障,f(t)被定义为 fa(t)和fs(t)分别表示执行器故障和传感器故障;A,B1,B2,C,E1,E2,F1,F2为已知的具有适当维数的常数矩阵;Φ(x(t),u(t))为具有Lipschitz常数η的非线性向量函数,η>0,即:

4.根据权利要求1所述的针对RLC分数线性电路的故障检测方法,其特征在于,所述步骤4中系统指数稳定,且满足H∞和H‑两个性能的充分条件为:

1)所述系统指数稳定,且满足H∞性能指标的充分条件为:对于给定正标量ε1,η,γ,如果存在正定对称矩阵P1,矩阵Z1,满足T

其中, ∏12=P1E1‑Z1E2+CE2,E1、E2为已知的具有适当维数的常数矩阵;

当正定对称矩阵P1,矩阵Z1满足上式时,动态估计误差系统渐进稳定且具有H∞性能γ;

在这种情况下,观测器增益为

2)所述系统指数稳定,且满足H‑性能指标的充分条件为:对于给定正标量ε2,η,β,如果存在正定对称矩阵P2,矩阵Z2,满足T

其中, Υ12=P2F1‑Z2F2‑CF2,F1、F2为已知的具有适当维数的常数矩阵;

当正定对称矩阵P2,矩阵Z2满足上式时,动态估计误差系统渐进稳定且具有H‑性能β;在这种情况下,观测器增益为

5.根据权力要求1所述的针对RLC分数线性电路的故障检测方法,其特征在于,所述残差评估函数为:式中,T为总评估时长,其阈值为:

6.根据权利要求5所述的针对RLC分数线性电路的故障检测方法,其特征在于,根据一下逻辑判断是否有故障发生: