基于预测模型切换的航发传感器主动容错控制

针对航空发动机传感器硬故障,基于模型预测控制(MPC)算法,提出了一种"隐性"判断传感器故障的主动容错控制(FTC)方法。首先,该方法建立包含正常模式以及传感器故障的预测模型库,然后,监控决策单元根据传感器测量值,选择与之最匹配的预测模型,并向切换单元下达切换指令,以此达到在线容错的目的。同时,对CMPASS-40K涡扇发动机进行了主动容错控制仿真,结果表明,监控决策机制能够在较短的时间内判断传感器故障,实现容错,而且该方法不仅能实现已知故障容错,还能实现未知故障容错。     

四旋翼飞行器的容错姿态稳定控制

在近十年间, 飞行系统的可靠性问题得到了飞行控制领域越来越多的重视。以一种全新的垂直起降飞行器——四旋翼飞行器作为研究对象, 设计具有高可靠性的姿态稳定控制系统, 为了补偿执行机构发生故障给飞行控制品质带来的影响, 一种主动容错技术将被应用于姿态控制系统的设计中, 主要设计了一个基于状态观测器技术的鲁棒故障检测环节与一个可容错重构的姿态控制器, 在设计控制系统的同时, 还对于故障检测的鲁棒性与快速性、重构控制系统的稳定性进行了理论分析。最后通过数值仿真, 对容错控制系统中各个环节的效果进行了验证。     

控制仪表故障分析及补偿容错控制研究

本文阐述了控制系统中仪表的故障,重点分析了传感器与执行器的故障分析,并在此基础上,提出了主动补偿容错的控制方法。     

基于滑模与控制分配的六旋翼飞行器容错控制

针对六旋翼飞行器的执行机构失效故障, 提出一种基于滑模和控制分配方法的容错控制方案; 采用了分层设计结构, 将基本控制律设计与控制分配律分为两个独立的部分, 针对系统建模不确定性与外界干扰, 设计滑模控制律, 提高了系统的鲁棒性, 运用控制分配方法, 在飞行器发生失效故障甚至卡死故障时, 在线调解控制分配矩阵, 减小故障机构对整体飞行性能的影响。仿真结果验证了所提容错控制的正确性和有效性。     

基于积分滑模和ESO的四旋翼无人机容错控制

针对四旋翼无人机桨叶损伤故障的位置和姿态控制问题,设计一种基于积分滑模法和扩张状态观测器(ESO)的四旋翼无人机主动容错控制系统.建立了执行机构损伤故障下的无人机非线性模型,采用抗干扰能力较强的滑模控制法(SMC)设计姿态内环和位置外环基本控制器;为减小系统的稳态误差,引入积分环节,构造出积分滑模控制器;通过采用边界层方法,抑制滑模控制算法本身的抖振效应;利用ESO实时估计出系统的内、外总扰动和执行机构损伤干扰并对控制量进行补偿.李雅普诺夫稳定理论验证了该控制系统能够快速收敛达到稳定,数值仿真验证了所设计控制系统的有效性和鲁棒性.     

多旋翼无人机执行机构故障重构技术研究

多旋翼无人机应用中一旦发生执行机构故障,将会危及无人机、地面人员与周围环境的安全。研究多旋翼无人机的执行机构故障重构技术有利于对其实施容错控制,提高运行的安全性和可靠性。首先对多旋翼无人机执行机构故障进行分类,建模分析了执行机构卡死和失效两类故障,建立了故障下六旋翼无人机的数学模型,然后分别设计基于自适应观测器的故障重构方法。通过选取合适的自适应律,自动调节非线性观测器的参数,实现对故障信息的精确重构。仿真结果证明了故障重构方法的准确性。     

基于自适应动态规划的一类非线性系统的容错控制器设计

针对存在执行器故障的一类仿射非线性系统,基于自适应动态规划方法,提出了一种新型的容错控制器。利用故障观测器估计执行器故障,并利用故障信息构建一个改进型的性能指标函数,将容错控制问题转化为最优控制问题。同时使用策略迭代(PI)算法,通过构造评价神经网络来求解HJB方程,获得近似最优容错控制律,并且基于李雅普诺夫函数,证明该容错控制器可以确保闭环系统渐近稳定。最后,通过仿真验证了该方法的有效性。     

以磁通等效实现磁悬浮轴承磁极容错控制

针对8磁极电磁轴承容错控制问题,文中提出了一种基于磁通等效的电磁轴承容错控制方法。该方法首先通过仿真得到磁通的电流-磁通影响系数,利用线性代数理论计算得到电流分配矩阵。当某一个磁极回路发生故障时,利用电流分配矩阵计算重构电流,使8个磁极端面的磁通在故障前后保持不变,即磁通等效,从而实现容错运行。在ANSYS有限元仿真平台进行仿真,用磁通等效方法可以较好地还原故障前的端面磁通和磁力线分布,并计算得到了磁通误差(最大不超过3.2%,绝大部分小于0.5%)和力误差(最大不超过7%,绝大部分小于1.5%),证明了所提出磁通等效容错控制方法的有效性。     

内进化容错模型设计及其可靠性分析

仿照自然界的碳基生物进化过程,在FPGA内部实现了可控的硅基进化。针对电子系统常见的SA故障,提出了基于演化硬件技术的内进化容错模型,通过在FPGA内部装载Microblaze CPU和构建可重配置阵列,实现了演化硬件的片内进化。利用该模型进行了故障容错实验,检验了其有效的故障容错能力,证明该容错方法能够有效提高数字电路的可靠性。     

具有较大鲁棒度的歼击机容错控制

针对复杂非线性系统被动容错控制问题,提出将AREs与小生境遗传算法相结合的方法。在T-S建模的基础上,这种方法用于搜寻最优控制器。在小生境遗传算法中提出了交叉变异概率的自适应调整律,克服遗传算法早熟的缺点。为了消除T-S建模误差,应用在线可调且具有补偿项的RBFN来消除建模误差。歼击机在多种故障下的仿真表明,此方法能够实现很好的容错控制效果。