不确定时滞关联大系统的全局稳定模糊容错控制

研究了一类带有时变时滞的不确定非线性关联大系统的自适应模糊容错控制问题.用有界的参考信号代换模糊逼近器输入中的未知时滞信号,使得控制器的设计与应用不再依赖于时滞假设条件,使得控制器的设计和控制方法的应用更为方便.容错反推控制技术和自适应技术相结合来处理代换误差和逼近误差.所提出的方案能有效补偿所有4种类型的执行器故障,同时还可保证闭环系统的全局稳定性.仿真结果进一步验证了本文方法的有效性.     

基于系统特征的自适应被动容错控制及其应用

本文在黄金分割鲁棒自适应控制器的基础上，设计了一种自适应被动容错控制器，能在线辨识对象特征模型，在线提取系统动态性能特征和故障特征，对控制系统执行机构和测量部件的某些软故障具有被动容错能力。与传统ＰＩＤ控制的对比仿真充分说明了这种控制方案的优越性。     

带有执行器故障的网络控制系统的自适应容错H∞控制

针对带有执行器故障的网络控制系统, 提出了一种自适应容错控制方法. 首先基于最近提出的一种新的网络诱导时滞模型, 设计了状态反馈形式的自适应容错控制器. 然后以线性矩阵不等式的形式给出了控制器存在的充分条件. 该条件不仅保证了系统在执行器故障和正常情形下均能达到稳定, 而且使得其H∞性能最优. 最后通过一个数值例子证明了所提方法的有效性.     

非线性系统无需初始条件预设性能有界H∞容错控制

针对一类具有外部扰动和传感器故障的非线性系统, 本文研究了其自适应预设性能有界H∞容错控制问题. 本文提出一种新的预设性能控制设计方法, 使得预设性能函数的选择与系统被约束变量的初始状态完全无关,用一种全新的方式解决了传统预设性能方法的控制效果依赖被约束变量初始条件的问题. 基于该设计方法和有界H∞控制方法, 在未知系统初始条件的情况下获得了系统的自适应预设性能有界H∞控制器. 本文所设计的控制器能够保证系统中的所有信号都是有界稳定的, 系统的输出变量能够被预设性能函数约束, 并且对于外部干扰具有很好的抑制作用. 最后, 仿真结果验证了该控制器的可行性及有效性.     

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.     

双容液位系统鲁棒自适应容错控制

针对双容液位控制系统的泄漏等故障,通过线性化建模,研究了鲁棒自适应主动容错控制问题.首先在系统无故障正常运行情形,考虑建模误差和外界干扰等不确定性,利用不确定性上界自适应估计,设计了鲁棒自适应控制器.与此同时,对系统进行故障监控,设计了故障诊断滤波器,并利用对不确定性上界的估计终值提出了一种新的故障检测算法,进一步基于神经网络故障逼近,研究了一种修正控制律的自适应鲁棒容错控制器设计方法,该控制器通过补偿故障所带来的影响使闭环系统最终一致有界稳定.最后,通过仿真试验,验证了提出的方法的有效性.     

不确定非线性时滞关联大系统自适应分散容错控制

针对一类不确定非线性时滞关联大系统,提出了一种基于时滞代换的自适应分散容错控制方案.该方案采用模糊逻辑系统作为逼近器,提出了时滞代换的方法处理系统未知时滞关联函数,并结合自适应技术处理代换误差和逼近误差.与现有方法相比,本文方法能在线补偿所有四种类型的执行器故障,系统控制器的设计也不再依赖于时滞假设条件,同时还可保证闭环系统所有信号全局一致最终有界.仿真结果进一步验证了本文方法的有效性.     

无人机非确定性等价自适应容错飞行控制

针对存在执行器复合故障的固定翼无人机跟踪控制问题,本文提出一种基于非确定性等价原理的自适应容错飞行控制策略.该策略能够有效地估计无人机纵向动态中执行器的失效及漂移故障,保证故障发生后闭环系统的最优性能指标.在自适应容错飞行控制设计中,通过引入辅助系统并动态调节因子,构造非确定性等价原理中偏微分方程的近似解,以简化自适应律设计复杂度.此外,借助Lyapunov稳定性分析方法,证明了在所设计的自适应容错控制器作用下闭环系统的稳定性.最后,仿真验证表明所设计的控制方法能够保证故障无人机的闭环系统性能.     

序列连续系统的容错控制

以两个子系统组成的序列连续系统为研究对象,提出了一种新的容错控制方法.如果两个子系统中的任何一个发生故障,用基于自适应观测器的方法诊断出发生的故障.另一个无故障的子系统利用故障诊断信息和其它测量信息进行控制器重组,实现了序列连续系统的容错控制.当发生故障的子系统不能自行修复故障,或修复故障需要很大的时间延迟时,传统的复杂系统容错控制方法将无能为力.本文所提出的方法拓展了复杂系统容错控制的适用范围.计算机仿真结果表明了本文所提出方法的有效性.     

基于学习观测器的航天器指定时间跟踪控制

针对一类含有外部扰动和执行器故障的刚体航天器姿态控制系统,提出一种基于自适应学习观测器的指定时间容错控制器的设计方案.首先,系统性地给出一种改进型自适应学习观测器设计方案,基于自适应学习观测器框架,设计航天器姿态系统的学习观测器实现对系统的综合扰动值估计;然后,利用综合扰动的估计信息和滑模控制理论设计指定时间容错跟踪控制器,使得系统的姿态角能够在指定时间跟踪指令信号,系统的收敛时间可通过容错控制器的参数预先设置,且与系统的初始状态值无关;接着,基于Lyapunov稳定性理论验证含有故障的姿态控制系统能够在指定时间内稳定;最后,通过数值仿真,与已有的观测器和有限时间控制方案进行对比,表明所提出方案的有效性和可行性.     

动力定位船轨迹跟踪鲁棒自适应容错控制

本文研究了输入饱和状态下的动力定位船故障容错鲁棒自适应控制问题.该问题以动力定位船轨迹跟踪任务为目标,提出了一种新颖的鲁棒自适应控制器的设计,并且引入了二阶快速非奇异终端滑模和神经网络控制算法保证了控制器在实际任务中的执行效果.首先,介绍了三自由度动力定位船的运动模型包括了运动学模型和动力学模型以及推进器故障模型.然后,设计了二阶快速非奇异终端滑模面,提出了一种针对时变扰动和模型不确定性的鲁棒控制方案,保证系统无抖振现象的前提下实现了系统更快的收敛速度.同时运用被动容错控制思想,确保动力定位船在推进器故障发生时依然能够实现预计的跟踪性能.此外,通过Lyapunov稳定性判据分析,证明了提出的改进自适应滑模控制方法可确保系统在初始状态未知前提下,跟踪误差渐近收敛于零.最后,通过数值仿真实验结果验证了控制律的有效性.     

基于FPGA的双机热备外设容错系统仿真设计

针对传统的继电保护冗余系统缺乏对敏感外设容错处理、切换速度慢等问题,提出了基于FPGA的双机热备外设容错系统。该系统由FPGA控制器、DSP控制器、双A/D模块、双继电器模块等外设组成,FPGA控制器完成双机外设模块的故障检测、双机实时切换,为DSP控制器提供A/D实时采样数据、继电器信号接口,DSP控制器对采样数据进行计算与分析,产生继电保护信号,FPGA控制器和DSP控制器通过"心跳"信号互相检测。FPGA控制器时序仿真波形表明:双机外设模块可以实现周期故障自检、双机快速切换。     

Intelligent fault-tolerant control using adaptive and learning methods

Stimulated by the growing demand for improving system performance and reliability, fault-tolerant system design has been receiving significant attention. This paper proposes a new fault-tolerant control methodology using adaptive estimation and control approaches based on the learning capabilities of neural networks or fuzzy systems. On-line approximation-based stable adaptive neural/fuzzy control is studied for a class of input–output feedback linearizable time-varying nonlinear systems. This class of systems is large enough so that it is not only of theoretical interest but also of practical applicability. Moreover, the fault-tolerance ability of the adaptive controller has been further improved by exploiting information estimated from a fault-diagnosis unit designed by interfacing multiple models with an expert supervisory scheme. Simulation examples for a fault-tolerant jet engine control problem are given to demonstrate the effectiveness of the proposed scheme.     

Numerical testing of a programmable microcontroller with fuzzy and adaptive features

Numerical testing of microcontrollers is a reasonable way to design their parameters in a consistent environment. Indeed, in such a way, one avoids unrepairable failures of the device to be controlled and the consequent costs. A final experimental test will eventually provide the fine tuning of the parameters.This paper pursues the numerical testing of a programmable controller driving an active mass damper (AMD) located at the top of a frame structure subject to base excitation. Its key features are the fuzzy nature of the controller and its adaptive characteristics toward fault-tolerance.     

PID控制在火箭炮伺服系统中的仿真实现——改进的专家自适应PID控制

针对传统PID（Proportional-Integral-Derivative）控制无法兼顾部分系统的静态性能和动态性能,结合专家PID控制原理,提出了一种改进的专家自适应PID控制器的设计方案,对某火箭炮伺服系统进行仿真跟踪。给出了伺服系统的分析设计过程,利用MATLAB/Simulink完成了改进的专家自适应PID控制器在某伺服系统中的仿真应用,得到了良好的跟踪特性图,说明了该方法的有效性。     

基于FPGA的双CPU容错控制器设计

基于冗余容错思想,设计基于现场可编程门阵列的双CPU容错控制器。该容错控制器在故障情况下可通过回溯重载进行故障判定和系统性能恢复,控制器控制律在传感器失效时能进行自我重构。仿真结果表明,该容错控制器通过冗余CPU的切换和控制律的重构实现了系统故障情况下的容错纠错功能。     

时滞关联大系统的分散鲁棒容错控制

针对不确定时滞关联大系统,提出了一种分散鲁棒容错控制方法。目的是当发生传感器或执行器故障以及具有参数不确定时,使系统仍保持渐进稳定。基于Lyapunov稳定性理论,给出了该系统在传感器失效时具有容错性能的充分条件及控制器的设计步骤,并将结果推广到执行器失效的情况。最后通过实例仿真验证了方法的正确性,并对仿真结果进行了分析。     

一种高可用性冗余集群的关键技术及可信性分析

介绍了高可用性冗余集群系统的一些关键技术,提出了一种基于任务表的自适应容错算法,对算法的设计思想和具体实现进行了详细阐述。最后建立了系统随机Petri-net模型,对系统进行可信性分析,经计算分析表明系统满足实际高可用性要求。     

可拓自适应混杂控制

针对自适应控制只能处理渐变问题和量变问题的局限性,探讨运用可拓控制对自适应控制进行补充的问题,建立一种新型的控制方法———可拓自适应混杂控制方法.该控制方法的体系结构由自适应控制器和可拓控制器两个部分组成,中间通过基于可拓集合的智能开关来转换连接.自适应控制器的输出计算是基于可拓集合的测度模式的,它只依赖于控制特征量的先验经典域和节域,无需预先提供数学模型或控制结构信息.可拓控制器由可拓模型、关联度计算、可拓分析、可拓变换和优度评价5个模块组成,它善于处理非渐变和质变的控制问题.     

利用模糊系统的自适应模糊控制器

针对非线性系统控制,设计了利用TSK(Takagi-Sugeno-Kang)模糊系统的自适应模糊控制器。所设计的自适应控制方法是参考模型自适应控制方法,而且利用Lyapunov函数保证了闭环系统的稳定性,同时推导了最优的自适应控制规律。首先,根据控制对象的输入输出数据建立TSK模糊模型,然后,由TSK模糊模型设计初期的TSK模糊控制器,并根据自适应规律随时调整模糊控制器参数。倒立摆系统的仿真实验验证了所设计的自适应模糊控制器的有效性。