网络化切换控制系统故障检测与优化设计

研究存在未知短时延、丢包和系统不确定性的网络化切换控制系统故障检测与时域优化问题. 首先基 于观测器构建残差发生器, 结合Lyapunov 函数方法和平均驻留时间方法分析系统的稳定性, 并以线性矩阵不等式(LMI) 形式给出故障检测滤波器的求解方法; 然后为了改善故障检测系统的性能, 采用后置滤波器对残差信号进行时域优化, 并利用奇偶空间方法给出其最优解; 最后设计并推导出自适应阈值. 仿真结果验证了所提出方法的有效性.

     

执行器饱和不确定NCS 非脆弱鲁棒容错控制

针对存在时变时延和丢包的不确定网络化控制系统(NCS), 同时考虑执行器饱和、控制器参数摄动以及非线性扰动等约束, 研究执行器发生结构性失效故障时系统的鲁棒容错多约束控制问题. 基于时滞依赖Lyapunov 方法和容错吸引域定义, 采用状态反馈控制策略推证出了闭环故障不确定网络化控制系统稳定的少保守性不变集充分条件, 并给出了非脆弱鲁棒容错控制器的设计方法以及最大容错吸引域的估计. 仿真算例验证了所述方法的可行性和有效性.

     

基于证据推理的联合故障检测方法

针对卡方故障检测方法对软故障的检测性能较差, 甚至会导致滤波器发散的问题, 提出一种基于证据推理的联合故障检测方法. 将组合导航中的各子滤波器作为证据, 利用每个子滤波器的状态及协方差构造联合故障检测函数, 并利用联合故障检测函数的概率分布计算基本置信指派, 再将多个证据按D-S 规则进行融合, 根据融合结果进行故障检测. 仿真结果表明, 所提出的方法对硬故障的检测性能与卡方故障检测性能相当, 但对软故障的检测性能要优于卡方故障检测, 可提高组合导航系统的可靠性和精度.

     

基于自抗扰技术的网络化无刷直流电机控制系统时延补偿

采用自抗扰控制技术解决网络化无刷直流电机转速控制系统的时延补偿问题. 首先, 建立含有时变网络诱导时延的无刷直流电机控制系统模型, 并将时变时延引起的不确定动态描述为系统模型的不确定性; 然后, 设计自抗扰控制器, 对时延引起的不确定动态进行动态线性化补偿, 从而消除时变时延对系统性能的影响; 最后, 通过仿真研究表明了所设计的自抗扰补偿方法的有效性和优越性.

     

基于区间观测器的执行器故障检测

针对同时具有未知非线性函数(包括系统不确定性、外部干扰等) 和执行器故障的非线性系统, 提出基于区间观测器的故障检测方法. 首先, 在假定执行器故障不出现的前提下, 基于未知非线性函数的上下界信息, 提出两种区间观测器设计方法; 然后, 利用这两种区间观测器的输出和系统的真实输出, 构造可以对执行器故障进行检测的残差, 以此实现基于区间观测器的执行器故障检测. 最后, 通过两个仿真例子验证了所提出方法的正确性和有效性.

     

一类丢包时延网络控制系统的鲁棒H∞ 滤波

用随机马尔可夫跳变系统描述一类具有丢包时延的网络控制系统．为这类网络控制系统设计马尔可夫跳变滤波器,保证了滤波误差系统均方意义下随机渐近稳定,且噪声信号对估计误差的影响低于指定H∞ 性能水平,滤波器参数可通过求解线性矩阵不等式得到．最后通过仿真实例验证了所得结论的正确性和滤波器设计方法的有效性．

     

基于鲁棒自适应滑模观测器的多故障重构

针对一类不确定非线性系统, 基于滑模观测器研究执行器和传感器同时故障时的鲁棒重构问题. 引入线性变换矩阵并添加后置滤波器构建增维系统, 综合??_∞ 控制将鲁棒滑模观测器增益矩阵设计方法, 转化为LMI 约束下的多目标凸优化问题. 在滑模增益中添加了自适应律, 确保状态估计误差渐近稳定, 同时滑模运动经有限时间到达滑模面, 在此基础上给出执行器和传感器故障同时重构算法. 最后通过数值算例表明了所提出方法的有效性.

     

一种非线性系统被控对象故障诊断方法

控制系统中的传感器、执行器和被控对象的故障检测与诊断往往是把执行器和被控对象视为一个整体来研究, 这不利于故障的决策与处理. 对此, 设计了非线性系统故障诊断的滑模观测器, 提出一种诊断被控对象故障的方法, 即对非线性系统和执行器同时进行观测, 根据两观测器残差的变化情况判断出非线性系统中传感器、执行器和被控对象故障. 最后以单输入单输出非线性系统为例进行仿真, 验证了该方法的有效性.

     

基于PI 观测器的奇异摄动系统故障诊断和最优容错控制

针对线性奇异摄动系统, 提出一种基于PI (proportional integral) 观测器的故障诊断和最优容错控制方法. 基于奇异摄动系统相关理论和矩阵变换技术, 给出PI 全维观测器存在的条件, 该观测器可以观测系统的快慢状态和故障系统的状态. 在估测到系统状态的基础上进一步考虑最优性, 应用最优控制理论, 设计状态反馈控制器, 提出基于PI 观测器的故障诊断器和最优容错控制器的设计方法. 最后的数值算例验证了所提出方法的可行性和正确性.

     

具有间歇性观测的无线传感器网络分布式容错目标跟踪

针对具有随机间歇性观测的无线传感器网络, 基于多模型估计方法和一致性信息滤波器, 提出一种对观测节点故障容错的自适应分布式目标跟踪方法. 将传感器节点随机间歇性观测丢失和到达过程建模为马尔科夫切换系统, 在容积信息滤波器框架下, 估计传感器节点的观测丢失和到达的后验概率. 通过观测状态概率组合计算每个局部传感器节点的信息贡献, 基于自适应多模型估计方法, 实现对间歇性观测的容错性. 仿真结果表明了所提出算法的有效性和对间歇性观测的自适应容错性.

     

具有多通道数据传输的飞行器网络控制系统故障检测

研究具有多通道数据传输的飞行器网络控制系统故障检测滤波器(FDF)设计问题.考虑每个通道存在各自的网络时延,且丢包符合Markov随机过程.首先,将系统建模为转移概率部分已知的离散Markov跳变线性系统,并设计了基于观测器的故障检测滤波器,将故障检测问题转化为H∞滤波问题;然后,利用LMI工具给出了FDF的可解条件和求解方法;最后,通过某飞行器网络控制系统的数值仿真实验验证了所提出方法的有效性.     

具有丢包、通讯约束的非线性时滞网络化控制系统鲁棒故障检测

针对具有Lipschitz非线性时滞的网络化控制系统,研究系统具有丢包和通讯约束的故障检测问题.利用线性矩阵不等式设计故障检测滤波器,提出一种新的阈值计算方法,使得当系统在外部干扰情况下发生故障时残差评价函数能够迅速超出所设定的阈值,从而检测出执行器故障并使残差误差最小.最后通过仿真研究验证了所提出的方法能够更快速地检测出故障.     

状态量化的非线性网络化系统的H-infinity控制

鉴于网络数字通信的特点,研究非线性网络化系统的状态量化反馈H<,∞>控制问题.首先.同时考虑到网络的诱导时延、数据丢包和信号量化,建立闭环系统的采样模型:然后,结合区问时滞分割法,将其转化为状态中附加两个时滞变量的分段连续模糊系统;再利用时滞系统方法和对数壁化器的扇形界格式,对闭环模糊系统进行了H<,∞>性能分析和H<...     

基于特征结构配置的二阶线性系统鲁棒容错控制设计

研究基于特征结构配置的二阶线性系统鲁棒容错控制设计问题,目的是重新设计状态反馈控制律,使得故障闭环系统和正常闭环系统具有相同的特征值.两闭环系统的特征向量依最小二乘法接近,而且能通过极小化灵敏度指标提高系统的鲁棒性.基于状态反馈特征结构配置的参数化结果,将系统灵敏度指标优化问题转化为含有约束条件的优化问题,并提出了鲁棒容错控制设计方法.数值算例及其仿真结果验证了所提出设计方法的有效性.     

Optimal residual evaluation for nonlinear systems using post-filter and threshold

The problem of residual evaluation for fault detection in nonlinear systems is addressed in this article. Using the factorisation approach, a post-filter is designed and a threshold is computed to achieve an optimal trade-off between fault detectability and the number of false alarms. Furthermore, it is shown that the proposed post-filter also guarantees ?_?/?_∞ multi-objective optimisation of the residual signal. The effectiveness of the proposed method is demonstrated by fault detection of the three-tank benchmark system.