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。     

非线性系统主动容错控制综述

以故障发生部位为分类视角,分别从传感器故障、执行器故障及其他部件故障3个方面,较为详细地对近5年非线性系统主动容错控制的研究进展情况进行了归纳和总结,重点讨论了执行器故障的容错控制问题,并对所存在的问题与未来的发展趋势进行了探讨。     

非线性奇异系统的故障诊断与容错控制

本文针对一类非线性奇异系统进行了故障诊断与容错控制研究。首先通过设计观测器来观测系统的状态和故障,然后通过矩阵运算来消除故障,实现系统的容错控制。     

一类非线性系统的主动容错控制方法

对非线性系统发生多故障时的主动容错控制来说,控制性能的好坏主要取决于故障诊断机构的实时性和精确性;因此利用基于平衡学习的CMAC神经网络非线性辩识算法作为在线故障诊断的手段,在线估计故障函数;并用滑模控制算法进行容错控制律的在线重构,实现容错控制;最后以一三槽水位控制的实际应用为例进行仿真,其结果表明了所提方法的有效性.     

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。     

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.     

未知仿射非线性系统的执行器容错控制设计

针对一类多输入单输出未知仿射非线性系统研究了在执行器发生故障情况下的容错控制问题,基于反步设计和自适应模糊逼近理论给出了控制方案使闭环系统能够同时容忍执行器的卡死和失效故障。在每一步设计中采用一个模糊逼近器来逼近未知函数,其中包括系统函数和由故障引起的未知动态。然后基于Lyapunov稳定性理论设计自适应律在线调节逼近器的参数,使其可以自动补偿故障对系统的影响。最终得到的控制器能够在执行器发生卡死和失效故障的情况下利用未卡死执行器的有效部分保证闭环系统是稳定的,并且输出能够以指定的精度跟踪给定参考信号。仿真算例证实了该方法的可行性和有效性。     

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。     

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.     

A New Approach to Robust and Fault Tolerant Control

In this paper, we shall summarize a new approach to robust and fault tolerant control proposed recently by the author. This approach is based on a variation of all controller parametrization. This robust and fault-tolerant control design consists of two parts: a nominal performance controller and a robustness controller, and works in such a way that when a component (sensor, actuator, etc.) failure is detected, the controller structure is reconfigured by adding a robustness loop to compensate the fault. We shall illustrate how this strategy works under various situations.     

非线性系统的主动容错控制

对一般的非线性系统提出了一种新的主动容错控制方法.系统正常工作时,采用基于迭代学习观测器的输出反馈控制策略,控制器为迭代学习观测器的状态和调节参数的函数,此输出反馈控制器能良好地镇定该非线性系统.当系统发生故障后,进行控制器重组,在调节参数的自适应调节律中引入了故障估计的信息,使得系统发生故障后包含故障估计信息的重组控制器仍然能使系统稳定,实现了非线性系统的主动容错控制.计算机模拟显示所提出算法的有效性.     

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.     

一类非线性时滞过程的传感器主动容错控制

通过结合非线性过程的一般模型控制(GMC)、强跟踪预测器(STP)和强跟踪滤波器(STF),本文提出了一类具有输入时滞非线性时变过程的传感器主动容错控制方法.基于强跟踪预测器对未来状态的预测,传统的一般模型控制被扩展到一类具有输入时滞的非线性过程.然后采用强跟踪滤波器估计过程状态及传感器偏差,传感器偏差估计用于驱动一个故障检测逻辑.当某一传感器故障被检测出来时,STF的状态估计值将用于重构过程输出(代替真实输出),此重构输出被STP用于继续进行状态预测,从而确保系统性能.最后,三容水箱系统仿真结果证明该方法的有效性.     

Youla Parameterization Based Adaptive Controller Design for Fault Tolerant Control

A new adaptive controller for fault tolerant control (FTC) is proposed in this paper. It is realized by adapting the reconfigurable fault parameterized matrix with the estimated fault. The proposed approach is applied in a linear reduced order aircraft model, and simulation results show the effectiveness.     

质量弹簧系统的重构和容错控制研究

针对质量弹簧系统,提出一种基于状态监测和故障诊断的可重构和容错控制设计方法。重构和容错策略是根据ＣＭＦＤ和重构逻辑来切换预先设计的４个控制器。仿真表明,该控制方法能有效地保证速度和位移的跟踪性能以及系统的稳定性,且重构和容错速度快。     

互联系统容错控制的研究回顾与展望

互联系统的容错控制是近年来控制领域的研究热点,具有重要的理论价值和实际意义.本文阐述了互联系统容错控制的基本结构和主要思想,总结了带有机械互联、网络互联和模型虚拟互联的三类互联系统的容错控制最新研究成果,并对该研究方向进行了展望.