唐甜 赵刚
摘 要：本文介绍了一种改进的基于主动容错设计的滑动平均滤波算法。通过故障检测的结果在线修改转速滤波的窗口，减小奇异数据对转速滤波结果的影响。仿真结果表明该算法能够有效的剔除奇异点对转速滤波结果的影响。本理论和实践对发动机控制工程应用有实用价值。
关键词：滤波；主动容错；滑动平均滤波
中图分类号：TP312 文献标识码：B
现代科技的日新月异已经使生产实践对控制系统的可靠性、安全性和准确性提出了越来越高的要求，故障检测[ 1 ]和容错控制就是在这种背景下被广泛应用于各个领域。在控制领域，故障诊断的目的在于及时检测并识别故障[ 2 ]，而容错控制的目的在于通过控制器的调节使得故障系统仍能保持满意的性能或者至少达到可以接受的性能指标。
1 容错技术
容错控制[ 3 ]的根本特征为“当控制系统中发生故障时，系统依然能够维持其自身运行在安全状态，并尽可能地满足一定的性能指标要求”，有两种方法分为被动容错控制和主动容错控制。被动容错控制采用固定的控制器来确保闭环系统对特定的故障不敏感，保持系统的稳定。而主动容错控制是在故障发生后，根据所期望的特性重新设计一个控制策略，使整个故障系统达到稳定。主动容错控制[ 4 ]相比于被动容错控制，更具设计弹性且更有应用价值。
2 基于主动容错设计的滤波算法
和传统的滤波算法不同，本文拟提出一种改进的基于主动容错设计的发动机转速滑动平均滤波算法。通过故障诊断机构的结果对传统的滤波算法进行容错设计，在线修改滤波算法，在转速传感器采集值出现跳变或两路转速采集值偏差超过了某一数值时，滤波后的转速能够平滑过渡而不对发动机转速控制性能造成较大的影响。
控制系统通过输入信号将采集值传递给故障检测模块，故障检测得到对应的故障码后进入容错处理模块，处理完毕的信号又重新传递回控制系统进行燃油流量、防喘阀调节等闭环控制。模块间相关关联图见图1。
传统的滑动平均滤波算法，是指在每个采样周期内只采样一次，将这一次的采样值和过去N次采样值一起求平均值作为本次的滤波结果。本文提及的基于主动容错设计的滑动平均滤波算法，是将故障检测的结果作为影响本周期采样值的参考条件，当故障检测模块检测到有故障发生时，当前周期的采样值将不再放入滑动平均滤波算法中进行计算，而是对过去n-1次的采样值求取平均值作为当前周期的滤波结果，主动忽略当前采样周期的采集数据，以此类推，直至N+1次采集周期的采集值均无效后，则将滤波结果设置为安全值。
假设当前转速传感器的采集值为SPDSample，转速传感器待滤波数组为SPDF[x]，转速传感器滤波有效状态数组为SPDFlag[x]，最终的滤波结果为SPDFliter，滤波次数设置为4，当故障检测模块未检测出故障时，滤波结果的SPD_FILTER的计算方法见公式1：
1）
当某一采集周期内故障检测模块检测出故障时，滤波结果的SPD_FILTER的计算方法见公式2：
转速传感器的采集值的正确与否则根据转速传感器的特性分为以下几种检测方式：
A.本采集周期转速传感器是否开路；
B.本采集周期内转速传感器是否短路；
C.本采集周期内的转速传感器采集值是否超过了上界；
D.本采集周期内的转速传感器采集值是否低于了下界；
E.本采集周期内转速传感器的采集值和上一采集周期内的采集值是否在有效的范围内；
F.本采集周期内两路转速传感器的采集值是否在有效的范围内。
通过以上的检测方式确认当前通道或是当前采集周期内的转速传感器采集值是否合理并有效。
3 结束语
本文介绍的算法主要包括故障诊断和容错控制两个部分，故障诊断技术为容错控制的研究提供了必要的基础和前提，容错控制为故障诊断的研究注入了新的活力。该算法是一种改进的基于主动容错设计的滑动平均滤波算法，对传统转速滤波算法进行了修改，即通过故障检测的结果修改当前采集周期的转速传感器待滤波数组和转速传感器滤波有效状态数组，在线修改滤波窗口，从而达到主动容错控制的功能。改进后的滤波算法开环在线仿真或不再受个别奇异点的影响，能够有效的剔除奇异点，提高了发动机稳转性能。
参考文献：
[1] 王永强，叶昊，王桂增.网络化控制系统故障检测技术的最新进展.控制理论与应用[J].2009年4月第26卷第4期：400-409.
[2] 何静，邱静，张昌凡等.非线性系统的集成故障诊断和容错控制.机械工程学报[J].2009年5月第45卷第5期：70-78.
[3] 王敏，臧曙，周东华.非线性动态系统的容错控制.计算技术与自动化[J].2004年12月第23卷第4期：7-10.
[4] 毛海杰，李炜，冯小林.非线性系统主动容错控制综述.传感器与微系统.2014年第33卷第4期：6-13.
