航空电动舵机速度传感器的灰色关联故障检测方法

摘要

本发明提供了一种航空电动舵机速度传感器的灰色关联故障检测方法，采集负载力矩、电机转速和电机母线电流后构造转速观测器，将速度传感器反馈给控制器的速度信号与速度观测器观测的速度信号进行采样，构成两个时间序列，计算其灰色检测相对关联度；最后设计速度传感器故障门限判断故障。本发明提高了检测精度，杜绝了虚警、漏警的检测故障。

权利要求

1.一种航空电动舵机速度传感器的灰色关联故障检测方法，其特征在于包括下述步骤：第一步，控制器分别采集负载力矩TL、电机转速ωr和电机母线电流i；

第二步，构造转速观测器 得电机转速观测值微分其中，CT为电机转矩常数，J为电机转动惯量，TL为负载力矩， 为电机转速观测值，ωr为电机转速，c为观测器系数，0＜c＜100000；

第三步，计算观测的电机转速 其中t为系统时间；

第四步，将时刻t-n+1至时刻t内速度传感器反馈给控制器的速度信号与速度观测器观测的速度信号进行采样，构成两个时间序列：其中，n为数据个数，3＜n＜10000；

第五步，将Yi，Yj归一化处理得0

其中 其中Yi 和

分别为Yi，Yj归一化后的序列，k为采样序列号，t-n+1≤k≤t；

第六步，计算范数 其中||si||1为0

Yi 的1范数，||sj||1为 的1范数，||si-sj||1为 的1范数，k为采样序列号，t为当前时刻；

第七步，计算 其中，ξrel_ij为Yi、Yj的灰色检测相对关联度；

第八步，设计速度传感器故障门限ΔV＝0.9，若ξrel_ij＞ΔV，则速度传感器正常工作，转至第一步；否则，转至第九步；

第九步，控制器指示速度传感器故障。

说明书

航空电动舵机速度传感器的灰色关联故障检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种航空电动舵机速度传感器的故障检测方法。

背景技术

[0002] 电动舵机具有体积小、可靠性高、性能优良的特点，在航空舵机系统中得到了广泛的应用。而速度传感器作为航空电动舵机系统重要组成部分，其发生故障可直接影响舵机系统正常运行。目前，传感器故障检测研究成果有：发表于《中国电机工程学报》的文章《基于基于状态观测器的感应电机速度传感器故障诊断及容错控制》使用龙贝格观测器，但是其关注的是电机的建模，而且使用的误差反馈矩阵，计算复杂，不便于工程实施；发表于《计算机测量与控制》的文章《飞控系统传感器故障诊断的在线方法研究》使用的BP神经网络在线递推学习算法，但是其计算量较大，不便于实施，而且未特别关注航空电动舵机速度传感器的故障检测。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种航空电动舵机速度传感器的灰色关联故障检测方法，提高了检测精度，便于工程实施。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

[0005] 第一步，控制器分别采集负载力矩TL、电机转速ωr和电机母线电流i；

[0006] 第二步，构造转速观测器 得电机转速观测值微分其中，CT为电机转矩常数，J为电机转动惯量，TL为负载力矩， 为电机转速观测值，ωr为电机转速，c为观测器系数，0＜c＜100000；

[0007] 第三步，计算观测的电机转速 其中t为系统时间；

[0008] 第四步，将时刻t至时刻t-n+1内速度传感器反馈给控制器的速度信号与速度观测器观测的速度信号进行采样，构成两个时间序列：

[0009]

[0010] 其中，n为数据个数，3＜n＜10000；

[0011] 第五步，将Yi，Yj归一化处理得

[0012]其中 其中 和
分别为Yi，Yj归一化后的序列，k为序号，t-n+1≤k≤t；

[0013] 第六步，计算范数 其中||si||1为 的1范数，||sj||1为 的1范数，||si-sj||1为 的1范数，k为采样序列号，t为当前时刻；

[0014] 第七步，计算 其中，ξrel_ij为Yi、Yj的灰色检测相对关联度；

[0015] 第八步，设计速度传感器故障门限ΔV=0.9，若ξrel_ij＞ΔV，则速度传感器正常工作，转至第一步；否则，转至第九步；

[0016] 第九步，控制器指示速度传感器故障。

[0017] 本发明的有益效果是：设计了一种速度传感器的灰色关联故障检测方法，基于灰色控制理论，提出了灰色检测相对关联度。与传统观测器残差故障检测方法相比，提高了检测精度，杜绝了虚警、漏警的检测故障。

附图说明

[0018] 图1是本发明的检测过程流程图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0020] 本检测方法过程如下：

[0021] 第一步，控制器分别采集负载力矩TL，电机转速ωr，电机母线电流i，转至第二步。

[0022] 第二步，构造转速观测器

[0023]

[0024] 得电机转速观测值微分 。其中，CT为电机转矩常数，J为电机转动惯量，TL为负载力矩， 为电机转速观测值，ωr为电机转速，c为观测器系数（0＜c＜100000）。转至第三步。

[0025] 第三步，计算观测的电机转速 其中t为系统时间，转至第四步。

[0026] 第四步，将时刻t至时刻t-n+1内速度传感器反馈给控制器的速度信号与速度观测器观测的速度信号进行采样，构成两个时间序列：

[0027]

[0028] 其中，n为数据个数（3＜n＜10000）；转至第五步。

[0029] 第五步，将Yi，Yj归一化处理得

[0030]其中 其中 和
分别为Yi，Yj归一化后的序列，k为序号（t-n+1≤k≤t）。转至第六步。

[0031] 第六步，计算范数 其中||si||1为 的1范数，||sj||1为 的1范数，||si-sj||1为 的1范数，k为采样序列号，t为当前时刻，转至第七步。

[0032] 第七步，计算 其中，ξrel_ij为Yi、Yj的灰色检测相对关联度；转至第八步。

[0033] 第八步，判断故障，设计速度传感器故障门限ΔV(ΔV=0.9)，若ξrel_ij＞ΔV，则速度传感器正常工作，转至第一步；否则，转至第九步；

[0034] 第九步，控制器指示速度传感器故障。

[0035] 如图1所述，本发明的第一步，控制器分别采集负载力矩TL，电机转速ωr，电机相电流反馈信号i，转至第二步。

[0036] 第二步，构造转速观测器

[0037]

[0038] 得电机转速观测值微分 。其中，CT为电机转矩常数，J为电机转动惯量，TL为负载力矩， 为电机转速观测值，ωr为电机转速，c为观测器系数（c取10000）。转至第三步。

[0039] 第三步，计算观测的电机转速 其中广为系统时间，转至第四步。

[0040] 第四步，将时刻t至时刻t-n+1内速度传感器反馈给控制器的速度信号与速度观测器观测的速度信号进行采样，构成两个时间序列：

[0041]

[0042] 其中，n为数据个数（n取5000）；转至第五步。

[0043] 第五步，将Yi，Yj归一化处理得

[0044]其中 其中 和
分别为Yi，Yj归一化后的序列，k为序号（t-n+1≤k≤t）。转至第六步。

[0045] 第六步，计算范数 其中||si||1为 的1范数，||sj||1为 的1范数，||si-sj||1为 的1范数，k为采样序列号，t为当前时刻，转至第七步。

[0046] 第七步，计算 其中，ξrel_ij为Yi、Yj的灰色检测相对关联度；转至第八步。

[0047] 第八步，判断故障，设计速度传感器故障门限ΔV(ΔV=0.9)，若ξrel_ij＞ΔV则速度传感器正常工作，转至第一步；否则，转至第九步；

[0048] 第九步，控制器指示速度传感器故障。