数学模型分析法在故障诊断中的应用.pdf

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1、电子测量与仪器学报2006年增干Ⅱ数学模型分析法在故障诊断中的应用朱新华杨润生(军械工程学院电予工程系河北石家庄050003)摘要：本文论述了基于状态观测器的故障诊断原理、算法和结构，介绍了在某火控系统中对可以建立数学模型的单体，使用基于状态观测器的故障诊断应用方法。它可大大减少系统内部信号的测量，解决某些系统因可测性差给故障诊断带来的困难。这种方法有效的降低了测试任务的复杂性，提高了故障诊断的效率和准确性，因此，具有较高的工程应用价值。关键词：数学模型状态观测器故障诊断’Applicationo

2、fMathematicalmodelAnalysisforFaultDiagnosisZhuXinhuaYangRunsheng(DepartmentofElectronicEngineering,OrdnanceEngineeringCollege，HebeiShijiazhuang050003)Abstract：Thispaperdiscussesthefaultdiagnosisprinciple，algorithmandstructurebasedonthestateobserver．It

3、introducestheapplicationoffaultdiagnosisbasedonobserverfortheunitswhichcanbuildmathematicalmodelinafirecontrolsystem．Byusingthemethod’itcanreducethemeasuredsignalsinthesystem，anditCansolvetheproblemsofthemeasurabilitylimitforsomeunits．Thismethodeffect

4、ivelyreducescomplicacyoftesttask,andadvancestheefficiencyandtheveracityoffaultdiagnosis，SOitpossesseshigherengineeringpracticability．Keywords：arithmeticalmodelstateobserverfaultdiagnosis目前，在故障诊断领域主要有基于信号处理的故障诊断方法、基于知识的故障诊断方法和基于动态模型的故障诊断方法三大类。各种诊断方法都有其

5、优缺点，有各自的优势，也有各自的局限性。由于现代装备的功能和结构日趋大型化、复杂化，对故障诊断技术也提出了更高的要求，仅仅依靠单一的故障诊断方法已不能满足故障诊断的需求，融合各种诊断方法可以帮助我们能够准确、快速地完成实际工程应用中的故障诊断任务。某装备光电火控系统中很多单体的可测性较差，从可测的信号源中难以提取足够的故障信息，使基于信号处理的故障诊断较为困难。同时，由于装备的背景知识和专家诊断经验目前还有待充实，使基于知识的故障诊断面临着知识的严重匮乏，建立不起完整的基于知识的故障诊断体系。而基

6、于动态模型的故障诊断方法仅依赖于系统的动态数学模型，对系统的可测性和故障知识的积累要求不高，在这种情况下，我们对某光电火控系统中可测性差、不能建立有效知识库，但可建立较精确数学模型的分系统、单体和组件，采用了基于状态观测器的故障诊断方法并收到了较好的使用效果。本文从理论和工程实践两个方771面，介绍基于状态观测器的故障诊断方法在某光电火控系统中的应用。1基于状态观测器的故障诊断原理对于”维线性定常系统：』曼=Ax+Bu，x(o)=Xo，t>O(1)【少=Cx其中，彳、B和C分别是rlxn、nxr、

7、mxrl的实常阵。该系统的状态不能直接测量，但其输入与输出是可以利用的。根据已知的系数矩翰、B和C，按与原系统相同的结构形式，复制出一个基本系统，然后取原系统输出y和复制系统输出尹之差值信号作为修正变量，并将其经增益矩阵￡馈送到复制系统中积分器的输入端，而构成一个闭环系统。显然，这个重构系统是以原系统的可量测变量“和y为输入的刀维线性定常系统，其中待确定的系数矩阵只有三。我们希望在被估计系统满足一定的条件下，通过适当地选取增益矩阼工，可使这个重构系统成电子测量与仪器学报2006年增刊为给定系统的一

8、个全维状态观测器，如图1示。图1状态观测器结构框图1)由系统(1)式导出相应的对偶系统乜1，CT，B’)；2)指定所要设计的状态观测器的一组期望的极点‰‘，^z‘，⋯⋯，■n．)，利用极点配置问题的算法，对矩阵[彳f]来确定，使2i(小三D=^‘，，，=1，2⋯⋯．，胛成立的反馈增益阵K；3)取工=K，并计算(彳吒C，)，则所要设计的状态观测器为：舅=(彳+￡C)i+bu一二)，而舅即为椭估计状态。由图1可以导出状态观测器的动态方程为：x：爿j+B甜+￡(鳜一y)，j(o)：矗(2