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.     

切换系统的同时故障估计与容错控制

当切换系统发生故障时,通常需要依次进行故障诊断和容错控制.为了提高切换系统故障诊断的可靠性和容错控制的及时性,本文提出一种同时故障估计与容错控制方法.针对满足平均驻留时间约束的线性切换系统,首先建立了基于状态观测器的同时故障估计与容错控制器,并将其设计问题转化为了加权H∞性能指标下增广误差系统的多目标求解问题.然后使用平均驻留时间技术和多Lyapunov函数方法设计了故障估计与容错控制器的参数,又通过松弛矩阵方法进一步得到了保守性较低的结果.最后,利用一个例子对本文所提方法进行了仿真,证实了该方法的有效性.     

容错并行算法的性能分析

容错并行算法是一种应用级容错方法,它通过并行复算的方法实现快速的故障恢复.容错并行算法是在并行算法设计的基础上增加了容错设计部分,因此其性能评估必须考虑故障对程序性能的影响.研究了评估故障情况下容错并行算法性能的各种度量,建立了性能模型预测容错并行算法的期望执行时间,以此为基础评估了程序段的运行时间、数据保存开销、故障率以及并行复算加速比等系统参数对容错并行算法性能的影响.     

基于多模型切换的智能主动容错控制方法研究

针对某些具有可能故障先验知识的非线性系统,采用主动容错控制方法,基于神经网络对系统正常及各种先验故障情形建模,并采用基于神经网络的PID控制方法离线整定出各种故障模式下的控制律,由此建立模型库;在系统实时运行时,依据系统性能容忍度指标和模型失配度指标的计算分析,判断系统所处运行模式,切换与该模式匹配的控制律,从而达到系统主动容错控制的目的.最后将所提出的主动容错控制方法应用于某一非线性系统和线性系统,仿真结果表明了方法的有效性.     

考虑传感器故障的导弹姿态控制系统主动容错控制研究

针对导弹姿态控制系统惯性传感器故障,提出了基于信号重构的主动容错控制方法.分别利用基于梯形算法的数值积分器和有限时间收敛微分器对姿态角信号和角速率信号进行重构,当在线诊断出姿态角或角速率传感器故障时,以重构信号代替故障信号进行反馈控制来实现系统的主动容错控制.在建立导弹姿态控制系统模型并采用次最优控制方法设计输出反馈控制器的基础上,对所设计的主动容错控制方法进行仿真,仿真结果表明该方法是有效的.     

针对传感器故障的容错控制问题的数值解

针对状态反馈闭环系统中的传感器故障容错控制问题,先基于稳定多项式分解导出该容错控制问题状态反馈闭环系统稳定的充分必要条件.在此基础上,基于相容非线性方程组数值解法,提出具有传感器故障容错控制的状态反馈律设计方法.还基于数值优化解方法,提出面向闭环系统极点配置的另一状态反馈容错控制律设计方法.计算机仿真算例表明此方法的有效性.     

容错控制理论综述与展望

容错控制为提高系统的可靠性、可维护性和有效性开辟了一条新途径。文中对容错控制系统的控制器设计作了详细综述,简要叙述了各种方法的优点及存在的问题,并探讨了容错控制发展趋势。     

微机水轮机调速器容错系统

本文从微机控制基本容错系统模式作分析比较，探讨各种容错模式的平均故障间隔时间，从而综合考虑选定微机水轮机调速器的容错系统。     

考虑多传感器故障的可重构机械臂主动取代分散容错控制

针对可重构机械臂系统位置传感器和速度传感器多故障, 提出一种主动取代分散容错控制方法. 基于可重构机械臂的模块化属性, 设计正常工作模式下的分散神经网络控制器. 利用微分同胚原理将子系统结构进行非线性变换, 将传感器故障转化成伪执行器故障, 设计分散滑模观测器以对多传感器故障进行实时检测, 并利用其输出信号取代故障传感器信号, 实现了多传感器故障情形下可重构机械臂的主动容错控制. 仿真结果表明了所设计的容错控制方法的有效性.     

基于逆系统多模型内模主动容错控制

针对现有非线性系统对故障容错的快速性和可靠性不足,从而导致容错失败的问题,为解决上述问题,研究了一类具有可能故障先验知识的非线性系统,提出了一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)建模的逆系统多模型内模主动容错控制方法.采用 LS-SVM 对系统正常以及各种先验故障情形的逆系统进行建模,构造系统的逆模型库,根据逆系统方法将逆模型与被控系统串联形成伪线性系统,设计具有良好鲁棒性能的内模控制器.系统在线运行时,监控决策机制基于对系统性能指标的仿真计算,结果表明在无需改变内模控制器的情况下达到对非线性系统故障容错的快速性和可靠性,证明方法的有效性.     

一类不确定非线性切换系统的鲁棒容错控制

研究一类不确定非线性切换系统的鲁棒容错控制问题,当执行器失效或部分失效时,利用Lyapunov函数法建立切换闭环系统混杂状态反馈容错控制器存在的充分条件;然后运用线性矩阵不等式将鲁棒容错控制器设计问题转化为一组线性矩阵不等式的可行解问题,从而借助Matlab中线性矩阵不等式工具箱求解;最后通过数值算倒验证了所提出设计方法的有效性.     

Adaptive fault-tolerant control of linear time-invariant systems in the presence of actuator saturation

This paper studies the problem of designing adaptive fault-tolerant controllers for linear tirne-invariant systems with actuator saturation. New methods for designing indirect adaptive fault-tolerant controllers via state feedback are presented for actuator fault compensations. Based on the on-line estimation of eventual faults, the adaptive fault-tolerant controller parameters are updating automatically to compensate the fault effects on systems. The designs are developed in the framework of linear matrix inequality （LMI） approach, which can enlarge the domain of attraction of closed-loop systems in the cases of actuator saturation and actuator failures. Two examples are given to illustrate the effectiveness of the design method.     

一类不确定广义系统的分散容错控制

讨论一类不确定广义系统分散容错控制器设计问题.首先利用线性矩阵不等式(LMI)设计分散状态反馈控制器,使得广义系统执行器未出现故障时渐近稳定;接着针对广义系统的部分执行器出现故障的情况设计分散状态反馈控制器,使得闭环广义系统渐近稳定;进而利用LMI设计广义系统在分散状态反馈作用下具有完整性的容错控制器;同时对传感器故障情形设计了广义系统在分散输出反馈作用下具有完整性的容错控制器,得到了不确定广义系统关于执行器和传感器的分散容错控制器设计的方法.将所设计的控制器用于实际电子网络系统,验证了所提出方法的有效性.     

Adaptive fault-tolerant control of linear systems with actuator saturation and L_2-disturbances

This paper studies the problem of designing adaptive fault-tolerant H-infinity controllers for linear timeinvariant systems with actuator saturation.The disturbance tolerance ability of the closed-loop system is measured by an optimal index.The notion of an adaptive H-infinity performance index is proposed to describe the disturbance attenuation performances of closed-loop systems.New methods for designing indirect adaptive fault-tolerant controllers via state feedback are presented for actuator fault compe...     

Adaptive fault-tolerant control of linear systems with actuator saturation and L2-disturbances

This paper studies the problem of designing adaptive fault-tolerant H-infinity controllers for linear timeinvariant systems with actuator saturation. The disturbance tolerance ability of the closed-loop system is measured by an optimal index. The notion of an adaptive H-infinity performance index is proposed to describe the disturbance attenuation performances of closed-loop systems. New methods for designing indirect adaptive fault-tolerant controllers via state feedback are presented for actuator fault compensations. Based on the on-line estimation of eventual faults, the adaptive fault-tolerant controller parameters are updated automatically to compensate for the fault effects on systems. The designs are developed in the framework of the linear matrix inequality （LMI） approach, which can guarantee the disturbance tolerance ability and adaptive H-infinity performances of closed-loop systems in the cases of actuator saturation and actuator failures. An example is given to illustrate the efficiency of the design method.     

一类时滞组合系统的优化保成本容错控制

对一类时滞组合系统，研究了依赖时滞的分散状态反馈可靠保成本控制器的设计问题．采用线性矩阵不等式方法，导出了时滞依赖可靠保成本控制器的存在条件和参数化表示．进而，通过建立和求解一个线性矩阵不等式组约束的凸优化问题，给出了优化保成本容错控制器的设计方法．仿真实例验证了这个设计法的有效性．     

Fault-tolerant control systems design via subdivision of parameter region

This paper presents a linear matrix inequality （LMI） approach to solve the fault-tolerant control （FTC） problem of actuator faults. The range of actuator faults is considered as a parameter region and subdivided into several subregions to achieve a certain desired performance specification. Based on the integral quadratic constraint （IQC） approach, a passive fault-tolerant controller for the whole fault region and multiple fault-tolerant controllers for each fault subregion are designed for guaranteeing stability and improving performance of the FTC system, respectively. According to the estimation of parameters by FDI process, the corresponding subregion controller is chosen for the stability and optimal performance of closed-loop systems when the fault occurs. The case of incorrect estimation is also considered by comparing the performance index between the switched controller and the passive fault-tolerant controller. The proposed design technique is finally evaluated in the light of a simulation example.     

多时滞线性连续系统的最优H∞容错控制

针对状态具有多个时滞的线性连续系统,基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法(LMI),采用无时滞记忆的状态反馈控制律,研究了在执行器发生故障的情况下,连续多时滞系统的最优H∞容错控制问题.首先,给出了系统没有干扰输入时存在无记忆状态反馈容错控制器的一个充分条件;进一步,给出了在H∞扰动衰减指标约束下,系统存在无记忆状态反馈H∞容错控制器的一个充分条件;最后,给出了最优无时滞记忆状态反馈H∞容错控制器的设计方法.仿真实例证明了所得最优H∞容错控制嚣设计方法的正确性和有效性.     

离散随机系统的容错约束方差控制设计

本文考虑线性离散随机系统的容错约束方差控制设计问题，即设计反馈控制器，使闭环系统在可能的传感器失效不仅保持渐近稳定，而且满足预先给定的稳态方差约束，文中导出期望了容约束方差控制器存在的充分条件，并进一步给出了其参数化代数表达式。     

不确定非线性多智能体系统的分布式容错协同控制

针对一类存在未知非线性的多智能体系统,研究具有执行器故障的“领导-跟随”协同控制问题。利用模糊逻辑系统逼近系统的未知非线性,通过设计故障估计器辨识系统的故障。在“跟随者”之间的通信网络为单向连通的情况下,提出分布式模糊容错协同控制器的设计方案,实现“跟随者”的状态跟踪“领导者”的状态。基于Lyapunov稳定性理论,证明系统的跟踪误差一致最终有界。仿真结果验证了所提出设计方法的有效性。