1.一种基于未知输入观测器的二级化学反应器故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据质量守恒原理构造二级化学反应器模型，并将其转化为标准形式的状态方程；

步骤2：基于步骤1中的状态方程，给出所述二级反应器系统模型含有时滞、干扰、不确定性和故障时的一般形式；

步骤3：提出使用未知输入观测器作为残差信号发生器，给出误差动态方程；所述未知输入观测器为针对所述步骤2中二级化学反应器一般系统模型设计的新颖的未知输入观测器，所述未知输入观测器为：

n p q

其中，x(t)∈R、u(t)∈R、y(t)∈R 分别为状态向量、控制输入向量、输出向量，z(t)∈n

R 、 分别表示观测器状态、x(t)的估计量和输出的估计量，N、G、Q、K1z、K2z和L1均为待设计的观测器参数，h为已知常时滞；

所述误差动态方程为：

l

其中，e(t)为状态估计误差，f(t)∈R为待检测故障，r(t)为残差信号，A、Ad、B、Bf、Bd、C、D、Df和Dd均是具有适当维度的常实数矩阵，ΔA、ΔAd和ΔB表示范数边界参数不确定性的实值矩阵函数，

T＝I‑L1C，

L2＝NL1‑K1zL3＝GL1‑K2z，在获得此误差动态方程时，需要下述等式成立：L3＝0，L1D＝0，TA+L2C‑N＝0，TAd+L3C‑G＝0，TB+K1zD‑Q＝0VD＝0；

步骤4：当不确定项等于零时，得到参考残差模型，给出参考误差渐进稳定且系统同时具有较佳鲁棒性以及敏感性的充分条件，得出参考残差模型的参数；

当不确定项ΔA＝0、ΔAd＝0、ΔB＝0时，所述参考残差模型为：* * *

其中，ef(t)、rf(t)分别表示参考状态误差与参考残差信号，N、G 、 V为待设计的参考残差模型的参数；

所述的参考误差渐进稳定且系统同时具有较佳鲁棒性以及敏感性的充分条件为：对于*

给定的β＞α＞0，如果存在正定对称矩阵P＞0、Q1＞0、Z＞0，矩阵 满足：其中，

* * * *

则系统(5)是渐进稳定的；所述的参考残差模型的矩阵参数N 、G 、 V可利用Z*T *

＝V V L3＝0，

L1D＝0，TA+L2C‑N＝0，TAd+L3C‑G＝0，TB+K1zD‑Q＝0求得；

步骤5：给出系统渐进稳定的充分条件，利用实际估计误差、参考估计误差以及系统的状态构造增广系统，并给出增广系统的渐进稳定的充分条件，得出未知输入观测器以及实际参考残差模型参数；

步骤6：设计残差评价函数以及阈值，并给出故障判断逻辑，利用故障检测观测器对二级化学反应器系统进行故障检测；所述残差评价函数为：其中，t0表示初始评估时间瞬间，t表示评估时间步长；

所述阈值为：

所述故障判断逻辑为：

2.根据权利要求1所述的一种基于未知输入观测器的二级化学反应器故障检测方法，其特征在于，所述二级反应器为工业循环反应器，二级反应器的两个反应器都是恒温连续搅拌槽式反应器，所述二级化学反应器系统模型为：其中，第一反应器和第二反应器的组分产物流C1和C2是可变的，需要加以控制；C2f是第二反应器的进料部件；R1和R2是循环流量，α1和α2是反应常数；F2为进料速率，V1和V2分别为第一反应器和第二反应器的体积，θ1和θ2分别为反应器停留时间，Fp1是第一反应器的出料速率，Fp2是第二反应器的出料速率；

因为 C1＝x1，C2＝x2，则(1)式可以写为：其中，x2f为控制输入，x1，x2是状态变量，所述二级反应器系统模型的状态方程如下：式中，

3.根据权利要求2所述的一种基于未知输入观测器的二级化学反应器故障检测方法，其特征在于，所述二级反应器系统模型含有时滞、干扰、不确定性和故障时的一般形式为：n p l m q

其中，x(t)∈R 、u(t)∈R、f(t)∈R 、d(t)∈R、y(t)∈R分别为状态向量、控制输入向量、待检测故障、外部干扰、输出向量；A、Ad、B、Bf、Bd、C、D、Df和Dd均是具有适当维度的常实数矩阵；其中，ΔA、ΔAd和ΔB表示范数边界参数不确定性的实值矩阵函数，定义：其中，E1、E2、E3、F1、F2、F3为具有适当维数的常实矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种基于未知输入观测器的二级化学反应器故障检测方法，其特征在于，所述步骤4中将对故障的高灵敏度和对外界干扰的强鲁棒性看作一个多目标最优控制问题，为了获得合适的权衡，我们考虑以下性能指标：其中， 分别为f、d到参考残差rf的传递函数；

取Jf→max，可得：

利用矩阵L、R选择合适的输入/输出通道或通道组合；考虑如下的传递函数：q×q 2l×l

其中，L∈R 、R∈R ；

T

对于给定β＞α＞0，如果选择L＝Iq×q、R＝[Il×l‑Il×l]，则可得：通过构建增广向量，可将式(5)写为：其中， 则可通过

以下优化问题来设计参考模型式(5)：

5.根据权利要求3所述的基于未知输入观测器的二级化学反应器故障检测方法，其特征在于，所述步骤5中系统渐进稳定的充分条件具体内容为：将所述二级反应器系统模型含有时滞、干扰、不确定性和故障时的一般形式(4)写为下列形式：

其中，

则(13)渐进稳定且满足||y(t)||2＜γ||ω(t)||2的充分条件为：对于给定标量γ＞0、ε1＞0、ε2＞0、ε3＞0，如果存在正定矩阵P＞0、Q2＞0满足其中，

则系统(13)渐进稳定且满足||y(t)||2＜γ||ω(t)||2。

6.根据权利要求5所述的基于未知输入观测器的二级化学反应器故障检测方法，其特征在于，所述步骤5中增广系统以及增广系统的渐进稳定的充分条件内容为：构造的所述增广系统如下：

其中，

则上述增广系统渐进稳定且满足||re(t)||2＜γ||ω(t)||2的充分条件为：对于给定的标量γ＞0、ε1＞0、ε2＞0、ε3＞0，如果存在正定对称矩阵P1＞0、P2＞0、P3＞0、Q1＞0、Q2＞0、Q3＞0和矩阵Φ1、Φ2满足则(15)渐进稳定且满足||re(t)||2＜γ||w(t)||2，其中：T T T

N0101＝P1N+NP1、 N0107＝C V、N0180＝P1G、N0111＝P1TE1、N0112＝* *T 2 T *T

P1TE2、N0113＝P1TE3、N0202＝P2N+N P2+Q、 NO207＝‑C V 、N0209＝*

P2G 、 N0304＝P3B、 N0310＝P3Ad、N0311＝P3E1、N0312＝P3E2、N0313＝P3E3、 N0505＝‑γ2I、2

N0606＝‑γI、 N0707＝‑I、N0808＝‑Q1、N0909＝‑Q2、

P1T＝P1‑

Φ1C、P1N＝P1A‑Φ1CA+Φ2C、P1G＝P1Ad‑Φ1CAd所述未知输入观测器以及实际参考残差模型参数矩阵N、G、 V可利用L3＝0，L1D＝0，TA+L2C‑N＝0，TAd+L3C‑G＝0，TB+K1zD‑Q＝0求得。