风力发电系统传感器故障诊断

针对非线性风力发电系统,提出了一种基于滑模观测器的传感器故障诊断方法.基于考虑传感器加性故障的非线性动态模型,利用T--S模糊理论建立风力发电系统全局T--S模型,设计模糊T--S系统滑模故障观测器,产生对故障具有敏感性的残差,实现故障检测.通过等价输出控制方法来维持滑模运动,直接获取故障信息,重构传感器故障.最后以三叶片水平轴风力发电系统为例,仿真验证了该方法的有效性与可靠性.     

基于滑模观测器和广义观测器的故障估计方法

针对受未知干扰影响的一类非线性系统,提出一种基于滑模观测器和广义观测器的执行器故障和传感器故障估计方法.首先通过线性变换将原系统解耦为两个降阶的子系统,其中一个子系统受执行器故障和干扰的影响,另一个含有传感器故障和干扰,进一步将后一个子系统转化为广义系统.对两类子系统分别设计滑模观测器和广义观测器,给出估计误差一致最终有界的条件,得到系统状态和未知干扰的估计值.然后,利用等效输出控制原理重构执行器故障,引入干扰补偿保证重构算法的鲁棒性,再根据广义观测器的结果获得传感器故障的估计值.最后,通过计算机仿真验证了本文方法的有效性.     

不确定动态系统的执行器故障检测与重构

讨论不确定动态系统的执行器故障检测与重构问题.以滑模观测器为基础,利用状态和输出变换方法与奇异值分解方法相结合对系统进行降阶,提出一种鲁棒故障重构观测器.给出了优化滑模策略,并作了严格论证,保证对系统不确定性具有鲁棒性和跟踪系统状态的收敛性.应用等价输出控制的概念和设计的鲁棒故障重构观测器,获取故障信息并实现执行器故障的检测与重构.最后通过数值仿真验证了该方法的有效性和可靠性.     

基于高增益鲁棒滑模观测器的故障检测和隔离

针对一类同时具有执行器和传感器故障的不确定线性系统,讨论了基于观测器的故障检测和隔离方法.首先,通过引入增维向量,使得在构造的增维系统中,故障向量包含了原系统的执行器故障和传感器故障.通过构造辅助输出使增维系统的观测器匹配条件得以满足,同时设计高增益滑模观测器对辅助输出进行估计.然后,对增维系统构造鲁棒滑模观测器并用作故障检测观测器,通过滑模控制项来抑制干扰,使观测器具有鲁棒性.在此基础上,结合多观测器故障隔离思想,提出了可以同时对执行器故障和传感器故障进行检测和隔离的方法. 最后,通过对一个五阶飞行器模型进行仿真,证明了所提方法的有效性.     

基于自适应滑模观测器的航空电连接器间歇性失效检测

针对航空电连接器系统建立数学模型,提出基于自适应滑模观测器的故障重构方法实现间歇性失效检测.针对乘性故障上界未知的情况,设计自适应律在线修正滑模观测器增益.采用Lyapunov函数作为稳定观测器的判别条件,保证跟踪状态的收敛性.引入线性变换矩阵进一步求取实现滑模运动的滑模观测器增益常数项,并验证滑模运动将在有限时间内发生.应用等价输出误差介入原理获取故障信息,实现乘性故障的检测和重构.对重构出的特征参数进行分析可以判断电连接器是否发生失效.用SIMULINK进行仿真,结果验证该方法有效.     

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.     

一种基于全维和降维观测器的故障检测和重构方法

针对不确定性非线性系统,讨论基于观测器的执行器故障的检测和重构方法.首先,通过设计滑模全维观测器,产生对干扰具有鲁棒性、对故障具有敏感性的残差,来达到故障检测的目的;然后,设计能直接消去干扰和故障影响的降维观测器来达到状态渐近收敛估计,并在此基础上,提出故障重构方法;基于微分方程的数值解方法和函数微分的数值解方法,给出一种故障重构的数值解方法;最后,对一个实际模型进行仿真,结果表明了该方法的实用性.     

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。     

基于级联观测器的多输入多输出非线性系统的故障诊断

将块观测方法应用于非线性系统的故障检测和分离.首先给出了非线性系统的块观测形式,针对传感器故障和执行器故障对非线性系统进行分块,得到了带有故障系统的块观测器形式.利用滑模观测器实现系统状态观测,得到观测器误差;利用所设计的观测器对非线性系统进行故障的诊断和分离;采用等效输出注入概念重构了故障信号,使得多变量输入输出非线性系统的故障诊断问题得到了解耦;针对异步电动机系统实现了传感器故障的分离.仿真结果证明了算法的有效性.     

基于鲁棒自适应滑模观测器的多故障重构

针对一类不确定非线性系统, 基于滑模观测器研究执行器和传感器同时故障时的鲁棒重构问题. 引入线性变换矩阵并添加后置滤波器构建增维系统, 综合??_∞ 控制将鲁棒滑模观测器增益矩阵设计方法, 转化为LMI 约束下的多目标凸优化问题. 在滑模增益中添加了自适应律, 确保状态估计误差渐近稳定, 同时滑模运动经有限时间到达滑模面, 在此基础上给出执行器和传感器故障同时重构算法. 最后通过数值算例表明了所提出方法的有效性.

     

基于MIL-STD-1553B的运载火箭故障诊断与故障注入方法

针对运载火箭系统众多,故障形式多样,出现故障难以准确定位的特点,研究了一种基于MIL-STD-1553B总线(下称1553B总线)的故障诊断和故障注入方法,采用故障树分析法确定失效故障链,实时诊断和预测系统故障;由于实际的系统故障数据较少,通过失效机理分析获得运载火箭的故障库,采用1553B总线对系统注入特定故障;在运载火箭地面故障诊断与注入系统中,原有的拓扑结构维持不变,故障诊断系统作为1553B总线监视器,故障注入系统作为1553B总线的远程终端,并与运载火箭的众多子系统互联,通过总线耦合器连接火箭外部的发射控制平台;最后通过基于实际工程型号开发的故障诊断平台和故障注入平台进行了测试,测试结果表明具有满意的故障覆盖率。     

基于多模型自适应的飞行控制系统重构与优化

对飞行器执行机构受损或失效情况下其飞行控制规律重构的问题,提出一种基于线性二次最优控制理论的多模型自适应控制重构技术方案。利用线性二次调节器获得参考模型,基于故障诊断与检测技术,运用Lyapunov稳定性理论,确保闭环控制系统的严格正实性和全局渐进稳定性。根据飞行器的动力学控制规律,进行故障辨识和模型切换,实现故障状态下飞行控制规律的重构与优化设计。针对典型故障情况进行飞行器控制重构仿真验证,结果表明系统能够在舵面部分失效下完成控制重构,保证有效飞行器运行控制。     

Control allocation technology based on fault diagnosis for the unmanned aerial vehicle system subject to physical constraints and fault reconfiguration mismatch

The problem of the system robustness subject to physical constraints and mismatched fault reconstruction is discussed in this paper. In order to facilitate the design, a four-rotor unmanned aerial vehicle (UAV) system model was selected for research. First, the control allocation model of the nonlinear UAV system with disturbances is shown in the paper. Secondly, a weighted pseudo-inverse method based on adaptive weights is proposed, which reduces the impact of physical constraints on the system. After that, a dynamic weight control allocation method based on the fault efficiency matrix is designed. The weight matrix can dynamically adjust the control distribution law according to the fault estimation value provided by the observer. Then, a dynamic adaptive control allocation method for faults and physical constraints is carried out by combining adaptive weights and dynamic weights. Finally, a simulation example is presented to further illustrate the effectiveness of the algorithm proposed in this paper.     

基于自主诊断重构技术的航天器故障检测系统设计

传统航天器故障检测系统姿态定位能力较差,导致不能突破阈值,准确实现检测,且传统系统不具备重构能力;为解决上述问题,基于自主诊断重构技术,提出了一种故障检测的新方法,优化设计了航天器故障检测系统的硬件和软件部分,硬件设计采用EEC-I型检测器,为保证检测器的运行,对检测器的电压与电流范围进行了设置;设计采用MATLAB的数据采集器,选用Telnet接入端口,实现采集器的通信,确保数据的顺利采集;采用FIR滤波器,为保证信号的完整性对通带和阻带进行设置;设计采用4NIC-UPS27型号一体化不间断电源为航天器故障检测系统提供动能;软件设计基于自主诊断重构技术的航天器故障检测系统流程,运用小波网络算法对航天器的姿态角数据进行分析,预测航天器的姿态角的安全阈值,最后利用残差数据分布概率模型进行航天器故障诊断;实验结果表明,设计的基于自主诊断重构技术的航天器故障检测系统能够很好地从X、Y、Z三个轴进行检测,确定不同方位的航天器故障,在设定阈值后,提出的检测系统能够很好地分析阈值,实现残差突破,同时具备路线重构能力。     

Robust control scheme based on an uncertainty and disturbance estimator for a quadrotor with motor failures

This paper proposes a new robust fault tolerant control architecture based on a disturbance observer. The control architecture is composed of a nominal controller and a rotor's fault observer capable to identify and estimate motors' degradation performance. Besides, is designed for a quadrotor vehicle and validated in critical and noncritical motors' failures. For both failure cases, each motor performance is analyzed to counteracted the failure and restore the system stability. If the practical stability is not recovered (critical case) a control reconfiguration is performed for safe landing. Experimental tests are carried out in real time to illustrate the effectiveness of the proposed architecture when confronting the stability of the system with aggressive disturbances or uncertainties.     

Robust adaptive fault estimation and fault tolerant control for quadrotor attitude systems

ABSTRACT

This paper addresses the problem of fault estimation and fault tolerant control for quadrotor unmanned aerial vehicle. Firstly, a robust adaptive fault estimation observer (AFEO) is proposed to achieve fault estimation of quadrotor with actuator fault in the presence of external disturbances and parameter uncertainties. Furthermore, based on the estimation of fault, a dynamic output feedback fault tolerant controller (DOFFTC) is designed to stabilise the closed-loop system with faults and uncertainties. Sufficient conditions for the existence of both AFEO and DOFFTC are given in terms of linear matrix inequalities. Finally, simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed strategy.     

基于模糊推理的物流车辆故障诊断专家系统

物流车辆故障诊断专家系统可以对物流车辆的故障进行诊断和排除. 为了提高该系统快速、准确诊断的能力, 在分析物流车辆的故障模式和故障机理的基础上, 建立故障树, 采用改进的CLIPS可以进行正向、反向两种模糊推理机制, 同时建立知识库管理系统对模糊规则和事实进行管理. 研究结果表明: 改进的CLIPS与VC++的结合, 使物流车辆故障诊断专家系统拥有模糊诊断故障的能力, 提高了物流车辆故障诊断的智能化水平.     

基于扩展滤波器的非线性系统迭代学习故障诊断算法

针对一类存在执行器和传感器故障的非线性系统,提出基于滤波器的故障重构方法。为了使算法同时适用于状态和输出端,通过由系统方程构造新状态方程对系统作扩展变换,将原系统输出端非线性和故障转换到扩展系统的状态方程,在此基础上设计故障诊断滤波器,采用迭代学习调节算法更新虚拟故障使之逼近实际故障。该算法可以检测和估计系统故障,并且对不同类型故障具有一定的适应性。在单关节机器人模型上进行仿真实验,实验结果验证了所提出算法的可行性和有效性。     

基于主元空间统计的传感器故障诊断与重构

针对主元分析故障诊断方法中所采用SPE统计量的局限性,通过分析主元模型的整体框架,提出一种通过T2统计量来研究传感器数据超限的故障检测与重构,确定故障大小与类型,采用迭代法恢复传感器示值的方法。仿真结果表明,该方法对传感器进行故障检测与重构后,其故障幅值完全处于精度范围内,且低于所要求的控制限。