一类随机时延网络化控制系统的容错控制研究

将一类具有随机时延的网络化控制系统建模为具有马尔可夫延迟特性的离散跳变线性系统．借助跳变线性系统理论和容错控制的思想，研究了随机时延网络化控制系统的执行器失效问题．仿真结果验证了所提方法的有效性．     

基于输出反馈的不确定NCS鲁棒容错控制

研究了一类具有网络诱导时延和参数不确定性网络化控制系统鲁棒容错控制问题.基于将时延的不确定性转换为系统状态方程系数矩阵不确定性的NCS模型,同时考虑系统参数不确定性对系统的影响,应用Lyapunov稳定性理论和LMI方法,采用输出反馈控制策略,推证出了保证闭环网络化控制系统在执行器或传感器发生故障时仍渐进稳定的充分条件,并以求解线性矩阵不等式组给出了容错控制器的设计方法,最后用仿真算例验证了此方法的可行性和有效性.     

具有BIBO稳定的网络系统随机容错设计

研究了具有均方BIBO稳定的网络化控制系统的随机容错控制及控制器设计问题。针对网络化控制系统的传感器失效故障和执行器失效故障均具有随机性这一现象,将传感器和执行器的故障建模为相互独立的Bernoulli随机变量序列;利用Lyapunov稳定性理论,结合线性矩阵不等式技术,通过对反馈增益矩阵的分解,得到了网络控制系统存在传感器失效故障和执行器失效故障情况下的均方BIBO稳定条件;基于该稳定条件给出了系统随机容错控制器的设计。以数值实例验证了该方法的有效性。     

一种容错飞行控制的神经网络方法研究

文章提出了一种新的主动容错飞行控制系统设计方法,可同时进行飞控系统执行器的故障诊断和容错控制;首先建立飞机执行器故障模型,接着应用改进的BP神经网络算法,进行飞行控制系统模型辨识,实时进行故障诊断;然后根据故障诊断信息进行自适应容错控制,为了克服故障系统引起的模型误差和非线性因素的影响,设计了自适应神经网络PID参数整定和动态逆控制器,对飞行控制系统执行器故障进行容错控制,以实现系统的良好模型跟踪和动态性能;仿真结果表明,在保证闭环系统稳定的前提下,实现了执行器的在线故障诊断与容错控制,达到了理想的效果.     

基于NCS时延模型的鲁棒容错控制器

研究了一类具有未知扰动和参数不确定性的网络化控制系统的鲁棒容错控制问题.针对NCS的时延和不同步对系统产生的影响,基于将时延的不确定性转换为系统状态方程系数矩阵不确定性的NCS模型,同时考虑系统参数不确定性和未知扰动对系统的影响,应用Lyapunov稳定性理论和LMI方法,采用状态反馈控制策略,推证出了保证闭环网络化控制系统在执行器或传感器发生失效故障时仍渐近稳定的充分条件,并通过求解线性矩阵不等式组方便地得到了容错控制器的设计方法,最后用仿真算例验证了此方法的可行性和有效性.     

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.

     

基于容错控制的风力发电机运行可靠性研究

根据风力发电机控制系统的特点,融合模糊神经网络故障诊断技术,提出了一种对制动系统的执行器失效故障采用动态硬件冗余的容错控制策略,确保设备运行的安全性与可靠性。并通过具体实验,验证了故障诊断与容错控制方法的有效性。     

存在部分解耦扰动的网络化系统容错控制

针对一类存在执行器故障和部分解耦扰动的离散时间网络化控制系统,研究测量数据随机丢失情况下的主动容错控制问题。首先,通过模型转换将原系统化为一个与之等价的状态增广系统;然后在考虑测量数据发生随机丢失情况下,构造未知输入观测器(unknown input observer, UIO)实现对系统状态与故障的联合估计,再基于状态和故障的在线估计值,设计基于信号补偿的容错控制律实现对原系统的主动容错控制。在该容错控制算法中,观测器与控制器增益的存在性条件均可利用李雅普诺夫稳定性理论对误差系统进行随机分析得到,相应的估计器和控制器参数可通过在线求解具有凸约束的矩阵不等式获得。最后,通过一个喷气式发动机模型的仿真算例验证所提出的故障估计与主动容错控制方法的有效性。     

双时滞系统的故障诊断和动态最优容错控制

对含有状态时滞和控制时滞的线性时滞系统, 研究系统发生不可直接测量的传感器故障和执行故障时的故障诊断和最优容错控制问题. 首先基于时滞系统的线性变换, 利用Riccati矩阵方程和Sylvester方程设计了故障情况下的最优容错控制律, 并证明了最优容错控制律的存在唯一性. 然后通过构造一种新的含有故障的增广系统的降维状态观测器, 实现了故障的实时在线诊断和系统状态的观测, 解决了最优容错控制的物理不可实现问题. 最后利用故障诊断的结果给出了物理可实现的动态最优容错控制律. 仿真实例验证了故障诊断方法和动态最优容错控制方法的可行性和有效性.     

容错控制系统的可靠性研究

以是否满足性能指标要求为评判标准 ,研究了容错控制系统可靠性概念的内涵和定义。基于系统的状态划分 ,以统计理论的观点分析了容错控制系统中的故障概率、容错能力和可靠性问题。并利用马尔柯夫链对其进行了可靠性问题的建模。     

Fault diagnosis of networked control systems

Networked control systems (NCS) are feedback systems closed through data networks. NCS have many advantages compared with traditional systems; however, the network-induced delay and other characteristics of data networks may degrade the performance of feedback systems designed without taking the network into account. Supported by the National Nature Science Foundation of China, we studied the fault diagnosis and fault-tolerant control theory for NCS in recent years. This paper summarizes our main ideas and results on fault diagnosis of NCS, including the fundamentals of fault diagnosis for NCS with information-scheduling, fault diagnosis approaches based on the simplified time-delay system models, and the quasi T-S fuzzy model and fault diagnosis for linear and nonlinear NCS with long delay.     

四旋翼无人机时延模糊自抗扰容错控制

针对四旋翼无人机系统执行器故障问题，为改善飞行控制系统性能，提出一种时延模糊自抗扰容错控制。首先，根据四旋翼无人机系统非线性数学模型和执行器故障模型，选择模糊自抗扰控制器作为基准控制器，在未发生执行器故障的情况下，使飞行控制系统保持稳定；其次，在发生执行器故障的情况下，利用时延控制技术估计故障信息，并与模糊自抗扰控制相结合，实现容错控制；最后，对所研究的容错控制算法进行数值仿真分析，仿真结果表明：把时延控制与模糊自抗扰控制相结合，能有效调节执行器故障，使飞行控制系统对故障产生的干扰具有良好的鲁棒性。     

网络控制系统研究综述与展望

介绍了网络控制系统(networked control system,NCS)中存在的基本问题.从网络体系架构、线性及非线性NCS建模与设计、控制与调度协同设计、故障检测与容错控制等5个方面综述了网络控制系统的研究成果和最新进展.最后阐述了该领域亟待解决的关键问题和进一步的研究方向.     

基于故障程度的自适应优化容错控制

为了解决故障严重程度等级划分缺乏依据、传统经验直接划分可靠度不高局限明显等问题,提出一种结合间隙度量方法的故障程度等级度量标准。引入间隙度量的相关方法定义一种新的故障等级划分方法,通过这种故障等级划分方法可以直观便捷地确定故障的严重程度。根据不同的故障情况,结合预设的最优容错控制措施对故障系统进行容错控制,有效地提升了系统的鲁棒性和稳健性。设计了两种不同形式的基于故障程度的自适应优化容错控制器,并对容错控制的效果进行了对比分析,仿真实验验证了该方法的有效性,与常规容错方法相比更加灵活高效。     

含控制时滞系统的实时故障诊断和最优容错控制

研究含有控制时滞的线性系统的故障诊断方法和最优容错控制问题.给出了最优容错控制律的存在唯一性条件,提出了最优容错控制律的设计算法.通过构造增广的降维状态观测器,设计了在线诊断故障的故障诊断器并同时实现了系统状态的观测,解决了最优容错控制的物理不可实现问题.利用观测器的输出得到物理可实现的动态最优容错控制律.仿真实例验证了故障诊断方法和动态最优容错控制律的有效性.     

具有通信约束的网络化控制系统容错控制研究

Implementing a control system over a communication network induces inevitable time delays that may degrade performance and even cause instability. One of the most effective ways to reduce the negative effect of delays on the performance of networked control system (NCS) is to reduce network traffic. In this paper, adjustable deadbands are explored as a solution to reduce network traffic in NCS. A method of fault-tolerant control of networked control system is presented, which takes into account system response as well as network traffic. The integrity design for a kind of NCS with sensor failures and actuator failures is analyzed based on robust fault-tolerant control theory and information scheduling. After detailed theoretical analysis, the paper also provides the simulation results, which further validate the proposed scheme.     

节点部分失效的网络控制系统鲁棒H_∞容错控制

针对一类参数不确定的网络控制系统,在节点部分失效下的情况下,研究了鲁棒H∞容错控制。通过构造适当的Lyapunov函数,并运用鲁棒H∞控制理论和线性矩阵不等式方法(LMI),导出了网络控制系统鲁棒H∞控制器存在的条件及具体方法。通过一个仿真算例证明了该方法的可行性和有效性。