基于滑模观测器的非线性系统故障检测与重构

为提高控制系统的安全性和可靠性，针对非线性系统传感器的故障诊断问题，提出一种利用滑模观测器进行故障检测和重构的方法。首先引入积分变量将传感器故障转化为执行器故障，通过对执行器故障的诊断间接诊断传感器故障。针对转化后的系统构造滑模观测器，进而实现传感器故障重构。采用Lyapunov稳定性理论，证明设计的滑模观测器的稳定性。对于构造的滑模观测器，给出一种用线性矩阵不等式方法求解的简便算法。最后，对于文献中给出的非线性系统，就不同的故障类型作用在传感器上的几种情形进行仿真。仿真结果表明，所设计的滑模观测器能够准确地重构非线性系统中传感器的缓变故障和突变故障；当系统存在未知扰动时，所设计的滑模观测器也能准确地重构故障。该方法从开始就对故障进行重构，避免了产生和评价残差信号的复杂性。