自适应容错控制的发展与展望

自适应容错控制出现了一些新进展及其代表性工作.首先,给出自适应容错控制的内涵;然后,将其分为四大类:基于故障参数估计的自适应容错控制,基于近似模型的自适应容错控制,基于多模切换与校正的自适应容错控制和直接自适应容错控制,重点论述了模型参考自适应容错控制;最后,提出了一些具有挑战性的问题.     

短时延多包传输网络容错控制数学建模仿真

在网络容错控制过程中存在响应时间长、控制效率低的问题,为此建立短时延多包传输网络容错控制数学模型.分析了容错控制模型原理,为降低检测过程的复杂度,依据分析结果采用割点检测方法检测传输网络的运行状态,并对不同的网络故障进行分类处理.以此为基础,设计主动容错控制器,利用控制器计算不同故障类型下的补偿控制量,通过数学迭代算法实现容错补偿控制,从而完成短时延多包传输网络容错控制数学模型构建.通过实验得出结论:与传统模型相比,该容错控制数学模型在控制过程中的响应时间较短,且控制效率较高,充分验证了上述方法的有效性与可行性.     

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.     

故障诊断与容错控制的一个新框架

讨论现有基于模型的故障诊断与容错控制方法的局限性, 并由此提出一个基于$\nu$- 间隙度量来处理故障诊断与容错控制的新框架. 并且, 讨论了如何在此框架下对故障进行分类和分级以及提出如何进行容错控制的一般性控制结构.     

H∞容错控制器设计及其在线优化选择容错控制

本文设计了主动H∞容错控制器及其在线优化选择的多种容错控制策略,并且构造了"离线设计在线选择"容错控制模式下故障模式与容错控制器的多对多映射关系.首先,提出了针对给定故障模型的H∞容错控制器设计方法,离线设计了可恢复故障模式的容错控制器;其次,根据不同的需求,设计了3种方法缩小故障模式与容错控制器的所有可容错映射关系;然后,提出了4种主动容错控制器在线优化选择策略来满足不同的优化需求,提高容错控制性能;最后,仿真验证了所提出的主动H∞容错控制器及在线优化选择策略的有效性.     

容错控制系统综述

本文讨论了故障系统的容错控制设计问题.对各种故障系统的容错控制设计方法,从其原理、特征及应用等方面作了详细的综述,主要包括各种故障的监测与隔离方法和各种容错控制器的设计方法.最后对容错控制系统设计的发展趋势作了简要介绍.     

非线性系统故障诊断与容错控制技术

在分析非线性系统故障诊断与容错控制技术特点的基础上,研究了该技术在国内外的研究进展和主要方法.同时,比较了几种常见故障诊断和容错控制方法的特点.最后总结了非线性系统故障诊断与容错控制领域亟待解决的几个重点和难点问题,并对该研究领域的发展趋势进行了展望.     

《现代故障诊断与容错控制》一书介绍

周东华教授和叶银忠教授的《现代故障诊断与容错控制》一书由清华大学出版社在2000年6月出版了.两位教授长期从事故障诊断与容错控制的研究工作,该书既汇集了他们的最新研究成果,也集中介绍了近年来国际上在该领域的一些热点研究方向上的基本理论与方法.动态系统的故障诊断与容错控制技术是提高各种自动化系统安全性和可靠性的重要途径,它的出现、兴起和迅速发展,是实际应用需求与多学科理论发展两方面交替作用的结果.其相关理论和实际应用的研究工作吸引了众多的学者,近年来已经成为国际控制界的热门研究领域,每年都有上千篇论文发表,并在…     

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.     

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.     

基于神经网络的非线性系统故障检测及容错控制方法

利用神经网络的非线性建模能力，提出了一种非线性系统的故障检测及容错控制方法。在本方法中，首先应用神经网络设计故障估计器，在线估计系统故障向量，实现故障检测；在此基础上，引入补偿控制器，消除故障对系统运行的影响，从而实现容错控制。同时基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ方法进行了稳定性分析。     

基于信号重构的可重构机械臂主动分散容错控制

针对可重构机械臂系统传感器故障,提出一种基于信号重构的主动分散容错控制方法. 基于可重构机械臂系统模块化属性,采用自适应模糊分散控制系统实现正常工作模式时模块关节的轨迹跟踪控制. 当在线检测出位置或速度传感器故障时,分别采用数值积分器或微分跟踪器重构相应信号,并以之代替故障信号进行反馈实现系统的主动容错控制. 此方法充分利用了冗余信息,避免了故障关节控制性能的下降对其他关节的影响. 数值仿真结果验证了所提出容错控制方法的有效性.     

Integrated fault estimation and fault‐tolerant control for stochastic systems with Brownian motions

This paper presents an integrated robust fault estimation and fault‐tolerant control technique for stochastic systems subjected to Brownian parameter perturbations. The augmented system approach, unknown input observer method, and optimization technique are integrated to achieve robust simultaneous estimates of the system states and the means of faults concerned. Meanwhile, a robust fault‐tolerant control strategy is developed by using actuator and sensor signal compensation techniques. Stochastic linear time‐invariant systems, stochastic systems with Lipschitz nonlinear constraint, and stochastic systems with quadratic inner‐bounded nonlinear constraint are respectively investigated, and the corresponding fault‐tolerant control algorithms are addressed. Finally, the effectiveness of the proposed fault‐tolerant control techniques is demonstrated via the drivetrain system of a 4.8 MW benchmark wind turbine, a 3‐tank system, and a numerical nonlinear model.     

一类非线性系统的故障重构与容错控制

针对一类满足Lipschitz条件的仿射非线性系统,提出一种执行器故障重构与容错控制方法。通过非奇异变化矩阵对系统进行降阶,设计出滑模故障重构观测器,优化滑模策略,使滑模故障重构观测器渐进估计系统的状态,并给出稳定性分析。运用等价输出控制方法直接获取故障信息,实现执行器故障的检测与重构。设计出主动容错控制器,通过补偿控制,完成执行器故障的容错控制。最后通过数值仿真验证了方法的可行性与有效性。     

非线性动态系统的容错控制

首先概要介绍了非线性动态系统容错控制技术的发展现状;然后分类介绍了几种非线性系统的容错控制技术,重点分析了基于人工智能和参数估计的主动容错控制方法和基于Hamilton-Jacobi方程的非线性被动容错控制设计方法。对于其它的方法,则简要讨论了它们的适用范围和优缺点;并探讨了该领域的难点问题和可能的研究方向。     

Fault‐Tolerant Control Allocation for Overactuated Nonlinear Systems

This paper addresses the problem of fault‐tolerant control allocation for input affine nonlinear systems. The proposed scheme is divided in three main tasks: fault detection and estimation using a nonlinear observer, fault isolation through a bank of unknown input observers with a resetting policy to reduce the effects of nonlinearities and control reconfiguration based on reduced order allocation. Analytical results regarding the isolability and reconfigurability of actuator faults are derived and a simulation example is used to illustrate the the proposed fault tolerant control methodology.     

非均匀采样数据系统时变故障估计与调节最优集成设计

针对一类发生连续时变故障的非均匀采样数据系统,建立了一套主动容错控制最优设计方案. 首先,为了实现基于非均匀离散采样输出对连续故障的估计,同时鉴于现有自适应故障诊断方法无法直接推广于非均匀采样数据系统,提出一种连续时间增广观测器最优设计方法,既能保证故障估计误差快速收敛同时又对外界干扰鲁棒;并且提出一个迭代算法对故障估计延迟与系统鲁棒性进行权衡;进一步地,基于所获得的故障信息,并考虑估计误差和时变故障内采样特性对容错控制带来的不利因素,设计基于状态反馈的非均匀采样容错控制器来快速恢复故障系统性能;最后,通过对四容水箱基准实例的仿真来验证所提方法的有效性.     

Fault Diagnosis and Sliding Mode Fault Tolerant Control for Non‐Gaussian Stochastic Distribution Control Systems Using T‐s Fuzzy Model

For the non‐Gaussian stochastic distribution control system using Takagi‐Sugeno fuzzy model, a new fault diagnosis and sliding mode fault tolerant control algorithm is presented. First, a new adaptive fault diagnosis algorithm is adopted to diagnose the fault that occurred in the system, and the observation error system is proven to be uniformly bounded. Second, the sliding mode control algorithm is used to reconfigure the controller, based on the fault estimation information. The post‐fault probability density function can still track the given distribution, leading to fault tolerant control of non‐Gaussian stochastic distribution control systems using Takagi‐Sugeno fuzzy model. Finally, simulation results show the effectiveness of the proposed method.     

航空发动机容错控制系统设计

航空发动机是一个结构复杂、非线性强的多变量控制对象.控制系统的高可靠性是最重要的技术指标之一.而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.文中介绍了基于航空发动机容错控制的基本原理和方法,研究了控制系统在反馈信号故障情况下的容错控制问题,该系统可以对失效的检测数据做出实时估计并反馈信号,从而达到对故障容错的目的.     

航空发动机喷口分油活门位移传感器容错控制研究

分析了出现喷口分油活门位移传感器故障时,通过开环设置电液伺服阀电流控制喷口面积存在的问题,在此基础上提出了一种容错控制方法,根据喷口面积期望值与实际测量值之间的误差闭环运算喷口控制电液伺服阀电流。通过全数字仿真和半物理模拟试验对该容错控制方法进行了验证,结果表明,该容错控制方法能够保证全权限数字电子控制系统稳定工作,并具有较好的稳态和动态性能,且实施方便,对提高航空发动机全权限数字电子控制系统的工作可靠性具有重要作用。