第四节：容错控制系统故障诊断技术.ppt

2021/3/14 * 控制率重构 2021/3/14 * 伪逆法功能重构 某型号验证机故障模式及处理方法 故障模式 俯仰控制 滚转控制 航向控制 副翼单侧故障 平尾 1.剩余一边控制律改变 2.平尾差动 3.机动襟副翼差动 方向舵 双副翼故障 平尾 1.平尾差动 2.机动襟副翼差动 方向舵 平尾单侧故障 1.剩余一边控制律改变 2.副翼同动 3.机动襟副翼同动 副翼 方向舵 双平尾故障 1.副翼同动 2.机动襟副翼同动 副翼 方向舵 2021/3/14 * 操纵面损坏故障 状态变量数目少于操纵面数目 （mn） 正常: 操纵面损坏 2021/3/14 * F-8飞机数字式电传操纵系统共有10个状态变量: ,共有13个双余度传感器:加速度传感器（ ）,角速率传感器（ ）,姿态角陀螺（ ）和大气数据传感器（ ）。采用四种形式的解析余度，即转动运动学关系、移动运动学关系、移动动力学关系和高度运动学关系。故障决策过程的选择还应考虑最小时间和性能鲁棒性等问题。 2021/3/14 * 决策函数 2021/3/14 * 四余度飞控系统 2021/3/14 * 三余度电动舵机系统 2021/3/14 * 系统余度配置及管理方案 2021/3/14 * 硬线连接方式 多余度传感器信号通过硬件送到每台计算机,通道间信息交联要通过模拟口实现。 多总线方式 每个通道通过串行总线（如1553B总线）与本通道传感器和控制器进行通讯。各个通道计算机之间也使用总线交换信息。 交叉通道数据链（CCDL） 在目前技术条件下,交叉通道据链的信息传输方式具有最佳性能，被广泛采用。 2021/3/14 * EHA容错配置 2021/3/14 * 典型EHA容错结构 2021/3/14 * Elman神经网络收敛速度 BP Feedforward neural network TDElman neural network 快速收敛!! 2021/3/14 * Elman神经网络辩识效果 辩识精度:TDElman输出与系统的输出吻合很好,相对误差小于2.5% 鲁棒性:测量端和输入端增加随机干扰后,几乎没有对Elman输出产生影响。 2021/3/14 * 放大器故障TDElman网络诊断曲线 t(s) x (mm) 2021/3/14 * 故障阈值 故障阈值的影响因素: 建模误差 随机干扰 输入干扰因素 输出干扰 参数漂移 2021/3/14 * 固定阈值: 自适应阈值 2021/3/14 * 自适应阈值模型 可测试性 建模误差 参数漂移 干扰 输入 输出 修正 干扰影响 小波分解 2021/3/14 * 自适应阈值获取方法 小波分解（时频）与重构: 2021/3/14 * 可以剔除干扰影响 2021/3/14 * 时频二维自适应阈值 输入 输出 随机干扰 实际系统 输入 系统模型 ━ 小波消噪 建模误差 高精度TDElman神经网络辩识器 小波包分解 小波包分解 神经网络 残差 自适应阈值 故障决策 2021/3/14 * 舵机正常时自适应阈值试验曲线 自适应阈值 残差 故障监控覆盖率高 虚警率低 2021/3/14 * 控制器故障故障诊断 自适应阈值 残差 2021/3/14 * 正常学习的自适应阈值 伺服阀故障的自适应阈值 2021/3/14 * 决策过程 系统的决策目的在于针对故障的部位、类型和大小采取相应的容错处理。通常: 2021/3/14 * 二元假设决策 假设H0—系统无故障 ; H1—系统有故障 Z0—观测值落入H0空间的区域;Z1—观测值落入H1空间的区域。 虚警概率密度 漏检概率密度 2021/3/14 * 二元测试的目的 达到非常小的误差概率,即同时达到高的故障检测率PD→max和虚警率PFA →min。 但要同时达到以上目的是相互矛盾的。例如,若取Z= Z1，意味着PDmax=，所有发生的故障都可检测出来;但PFA也要达到最大值PFA=1，即所有正常情况都误报为有故障。因此，必须折中选择PD 和PFA. 2021/3/14 * （1）错误概率最小的测试(Minimize Probability of Error ) 不正确决策概率: 使Pe最小的测试称为错误概率最小的测试 在决策区域Z1内,应满足P1P(Z| H1) P0P(Z| H0);而在决策区域Z0内,应使P1P(Z| H1) P0P(Z| H0)，即: 2021/3/14 * 决策函数 决策阈值 2021/3/14 * （2）最小费用测试 C0—当H1为真时被判为