基于观测器的传感器故障检测与信号重构方法

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1、2013年11月北京航空航天大学学报November2013第39卷第11期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．39No·ll基于观测器的传感器故障检测与信号重构方法夏洁许京京(北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室，北京100191)摘要：针对含未知有界干扰输入的线性系统进行传感器故障检测研究．通过对输出信号进行非奇异线性变换，将传感器故障等效转化为执行机构故障，提出对干扰具有鲁棒性、对故障具有敏感性的残差生成方法

2、，设计滑模观测器进行残差估计，实现对传感器故障的检测，得到对传感器故障信号的精确估计，并实现对传感器信号的重构．基于飞机纵向小扰动模型，对于传感器的缓变偏差、突变偏差、完全失效和反相等故障的信号重构仿真结果都表明了该方法的有效性．关键词：传感器故障；滑模观测器；故障检测；信号重构中图分类号：TP277文献标识码：A文章编号：1001-5965(2013)11—1529-07Observer-basedsensorfaultdetectionandsignalreconstructionmethodXia

3、JieXuJingjing(ScienceandTechnologyonAircraftControlLaboratory，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Thesensor—faultdetectionforlinearsystemwithboundedunknowninputdisturbancewasstud-ied．Bynon-singularlineartransformati

4、on，thesensor-faultswereconvertedequivalentlyintoactuatorfailures．Theresidualgenerationwasproposedwhichisrobusttodisturbanceandsensitivetosensorfaults．Aslidingmodeobserverwasfurtherdesignedtogivetheestimationofresiduals．Thesensorfaultscanbedetectedandthes

5、ensorsignalscanbereconstructedbyusingtheestimationofresiduals．Fortypicalsensorfailuremodes(slowbiasfaultandstepbiasfault，completeinvalidationandreversefault)，thesimulationresultsontheair·craftlongitudinalmodelshowtheeffectivenessoftheproposedmethods．Keyw

6、ords：sensorfault；slidingmodeobserver；faultdetection；signalreconstruction飞控传感器是飞行控制系统的一个重要组成部分，因此飞控传感器故障的实时检测和实时重构具有十分重要的意义。基于状态估计的残差生成与辨识是故障检测和诊断领域的重要方法之一．将系统实际可测输出与观测器的输出进行比较从而得到残差信号，在正常无故障无干扰情况下，残差信号应趋于零，而当系统中出现执行机构、传感器等元件故障时，残差会出现明显的变化，根据残差值来判断是否发生故障．

7、而实际系统的残差值不可避免地受未知干扰、建模误差等不确定性因素的影响，因此故障检测的漏报率和错报率会相应的增加．目前，常见的应用于飞行控制系统的故障检测方法主要有卡尔曼滤波方法¨d-、故障检测滤波器方法¨。51、自适应观测器方法M。7J、鲁棒观测器方法睇曲1、滑模变结构观测器方法¨0‘161、模糊推理方法¨7‘183以及神经网络方法[19。203等．在这些方法当中，滑模变结构观测器方法因其特有的变结构控制，使得当建模误差、参数变化或干扰等不确定因素满足一定的“匹配条件”时，系统对这些不确定因素具有极强的

8、鲁棒性，并且可以通过保持滑模运动的等效输入信号实时精确估计出故障信号，因此该方法在故障检测和信号重构领域受到越来越广泛的关注．收稿日期：2012-12-04；网络出版时间：2013-10-2910：39网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20131029．1039．006．html作者简介：夏洁(1963-)，女，副教授．广西百色人，xiaj@huaa．edu．cn．北京航空航天大学学报201