复杂工程系统的可靠控制(续)

阐述了复杂工程系统可靠控制的发展状况,并分别对近年来发展起来的基于故障诊断的容错控制技术,故障预报技术,可靠性分析技术等可靠控制技术进行了分析和评述,最后指出了该领域亟待解决的一些关键问题和关键技术。     

复杂工程系统的可靠控制

阐述了复杂工程系统可靠控制的发展状况,并分别对近年来发展起来的基于故障诊断的容错控制技术、故障预报技术、可靠性分析技术等可靠控制技术进行了分析和评述,最后指出了该领域亟待解决的一些关键问题和关键技术。     

带有执行器故障的连续时间系统的可靠时滞控制

研究了带有执行器故障的连续时间系统的可靠的时滞状态反馈控制问题.利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,给出了连续系统存在可靠时滞状态反馈控制器的LMI形式的充分判据,该判据是时滞相关的.所设计的时滞状态反馈控制器可以容忍执行器的一定故障,并且保证整个闭环系统是渐近稳定的.     

基于容错观测器的容错控制系统集成设计

针对一类传感器故障的线性控制系统,设计出一个能在故障情况下正确估计出系统真实状态的容错观测器,并在此基础上实现对传感器故障的容错控制。结合某水下自主航行器（AUV）航向控制系统传感器故障的仿真结果验证了所提方案的有效性。     

一类非线性时滞系统的鲁棒可靠控制

基于系统传感器与执行器同时出现失误的情况,对不确定时滞系统进行可靠性设计,使得所设计的系统不仅在系统运行良好的条件下,而且在出现多种失误的条件下仍然能正常运行。基于Riccati不等式正定解的存在性,给出了基于观测器的动态输出反馈可靠控制器的设计方案。最后,以一个数值仿真例子进一步说明设计步骤,以及文中所提出的设计方法的有效性。     

奇异系统H∞动态输出可靠控制

目的针对一类奇异线性系统,设计动态输出反馈控制器的算法,并给出考虑传感器故障可靠控制器的设计方案．方法在可靠设计中使用比离散故障模型更一般的连续故障模型,利用广义系统H∞理论,结合线性矩阵不等式（LMI）方法．结果分别给出了奇异系统动态输出反馈H∞控制和考虑传感器故障的可靠控制器存在的充分条件．通过求解线性矩阵不等式和矩阵方程实现了两种控制的设计．结论利用所给出设计方案得到的可靠控制器,使得系统在正常状态和某些传感器发生故障的情况下,都能保持闭环系统渐近稳定性,并获得较满意的H∞性能指标．通过数值例子验证了两种设计方法的有效性,进一步验证,当传感器发生故障时,通过比较两种控制器的控制效果说明了可靠控制的有效性．     

Lur''''e系统的H∞容错控制研究

针对一类不确定Lur'e系统,设计了可靠H∞控制器.通过用凸多面体不确定性描述控制表面故障,建立了一种包含执行器故障与传感器故障的故障模型,得出基于线性矩阵不等式(LMI)的可靠H∞控制存在的充分条件,并提出了可靠H∞控制器的设计方法,通过求解LMI实现反馈控制器的设计.理论分析表明,该控制器保证了当所有控制元件运转正常或者部分控制元件出现故障时闭环系统具有渐近稳定性和可靠H∞性能.数值仿真例子验证了该控制器理论上的可行性.     

不确定时滞系统的输出反馈可靠控制

研究一类非线性不确定时滞系统的可靠控制设计问题．这类系统舍有状态时滞和参数不确定性．设计出动态输出反馈控制器．使得对于系统中预先指定的执行器子集合内执行器的部分或全部失效、传感器子集合内传感器的部分或全部失效时,相应的闭环系统渐近稳定．     

不确定非线性离散时滞系统的可靠保成本控制

针对一类不确定非线性离散时滞系统,研究了当执行器发生故障情况下的可靠保成本控制器设计问题.通过设计一个无记忆状态反馈可靠保成本控制律,使闭环系统渐近稳定,并且闭环性能指标不超过某个确定的上界.利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式（LMI）方法,给出了可靠保成本控制律存在的条件.通过求解由一组线性矩阵不等式所表示的凸优化问题,可以得到使得闭环系统保成本上界最小的可靠保成本控制器.最后通过仿真实例说明方法的正确性.     

一种故障干扰解耦的航天器主动容错控制方法

为提高航天器系统的可靠性,研究一种干扰影响下的航天器主动容错控制技术.首先,为实现干扰下的故障诊断,减小航天器系统故障检测到故障估计之间的时间延迟,通过将故障扩展为系统状态量,设计未知输入观测器,进行航天器故障检测及估计单元一体化设计.其次,考虑到此方法无法实现对干扰的估计,且仅能解决可导的故障类型,进一步设计新型的自适应滑模未知输入观测器,能够保证对干扰及故障的同时解耦估计,也可以解决更广泛的故障类型.最后,考虑观测器观测过程中的估计误差,设计了多变量终端滑模容错控制器,提高了控制性能.仿真结果表明:所设计的主动容错控制策略能够实现干扰影响下的故障诊断,可以保证航天器控制性能的快速恢复.     

Fault tolerant control for a robot collaborative system

A new fault-tolerant control scheme is proposed for a nonlinear collaborative system that contains two robot subsystems. When fault occurs in one subsystem, the fault-free subsystem is used to compensate the fault influence of the faulty one on the whole collaborative system. When the faulty subsystem could not repair itself or the repair process needs a long time, the controller of the fault-free subsystem is reconfigured using the fault diagnosis information and other measured information, leading to the fault tolerant control of the robot collaborative system. Simulations of fault tolerant control for the robot collaborative system show the effectiveness of the proposed method.     

具有控制力约束的全方向步行器可靠跟踪控制

全方向步行器在实际使用过程中某个执行电机不可避免地会发生失效,从而影响训练者的安全,针对这一问题,研究了全方向步行器的可靠跟踪控制.基于冗余自由度思想,采用分离故障执行器的方法,利用无故障执行器实现康复者的安全跟踪训练.通过构造Lyapunov函数,保证了跟踪误差系统在全局坐标系下的渐近稳定性,结合双曲正切函数得到控制力约束型可靠控制器的表达形式.仿真结果表明,当某个执行器发生故障时,所设计的控制器能实现步行器的稳定运行,保障了康复者的安全.     

考虑执行器故障的线性系统可靠极点配置

针对线性定常系统,提出了考虑执行器故障的可靠极点配置问题．在更一般、更实际的执行器故障模型的基础上,给出了极点配置可靠控制存在的充分条件．通过求解 LMI 完成状态反馈可靠控制器的设计．利用仿真实例验证了设计方法的可行性,并且通过与不考虑故障的系统比较,进一步说明对系统进行可靠极点配置的必要性．     

基于BCS的故障容错及自愈控制技术在CFB锅炉上的应用

介绍了基于BCS系统,利用故障检测与诊断、容错控制和故障自愈控制解决中温返料CFB锅炉运行中发生的床温测量元件失效、断煤、返料器运行不平衡等常见故障.半年多来的运行效果表明,CFB锅炉在投入BCS自动优化运行状态下,如发生上述故障可以不依赖人为干预即可自行恢复到正常状态,或使锅炉带病运行到计划检修阶段而避免临时停机,在很大程度上保证了CFB锅炉的安全运行.     

一种基于BP神经网络的传感器故障诊断方案

针对传感器故障,提出了一种BP网络和修正的Bayes分类算法(MB)的集成故障诊断方法.用BP神经网络建立传感器故障模型,对系统的状态和故障参数进行在线估计,再用修正的Bayes算法进行传感器故障的在线检测、分离和估计.对连续搅拌釜式反应器(CSTR)的仿真结果表明,该集成故障诊断方法能够对传感器故障进行快速准确的分离和估计,并对传感器故障具有容错性.     

变电所故障分析专家系统的研究

应用专家系统理论和智能化程序设计方法对变电所故障分析专家系统进行了研究和分析。并提出了一种变电所智能化监控系统的初步设计方案。文中关于变电所操作与监视方面的部分知识被研究和总结成了规则.按照这一方案,主要程序模块已用TURBO-PROLOG和C语言建造,并且在一由个人计算机与单片机组成的分布式系统上进行了运行实验。关手实际变电所模型的模拟实验结果将在后续的文章中介绍。     

基于降维观测器状态反馈系统的鲁棒容错控制

对具有不确定参数的连续控制系统,针对传感器失效,研究了鲁棒容错控制器的设计问题.采用Luenberger降维观测器实现系统状态的估计,解决系统状态不易直接测得的问题.在此基础上给出了既保证闭环系统鲁棒稳定,又保证系统具有完整性的鲁棒容错控制器的设计方法.数值算例表明了文中提出的控制器设计方法的有效性.     

基于自抗扰的多电机转速同步系统传感器故障切换容错策略

以多电机转速同步系统为对象,针对实际负载不确定及未知干扰对系统的影响,在速度外环采用自抗扰控制技术(ADRC),以提升同步控制性能;基于无速度传感器矢量控制原理,在电流内环采用扩张状态观测器(ESO),通过对含有转速的扩张状态的观测,进而实现对转速的估计;针对转速传感器的故障,对ESO估计转速与实际转速的残差进行分析,进而进行故障诊断;为保证故障系统安全平稳运行,在由实测转速向估计转速切换时,通过设计具有故障诊断可靠性评价的自适应柔性切换策略,保证了切换时的平滑过渡。 仿真试验验证了所提方法的有效性。