基于反步自适应技术的四旋翼无人机执行器故障问题研究

四旋翼无人机是一个具有多变量、强耦合、强非线性特性的欠驱动非稳定被控对象,快速准确地进行故障诊断对实现无人机安全飞行具有重要意义。基于Newton-Euler运动定理建立四旋翼无人机动力学方程,针对四旋翼无人机执行器故障基于反步法、Lyapunov理论结合自适应技术推导出自适应律,反解出滚转角、俯仰角的期望值,从而进行在线故障估计,取代用于故障重构的观测器,较好地实现执行器容错控制。通过仿真实验验证了本文所提的反步自适应容错控制方法的有效性。     

基于积分滑模和ESO的四旋翼无人机容错控制

针对四旋翼无人机桨叶损伤故障的位置和姿态控制问题,设计一种基于积分滑模法和扩张状态观测器(ESO)的四旋翼无人机主动容错控制系统.建立了执行机构损伤故障下的无人机非线性模型,采用抗干扰能力较强的滑模控制法(SMC)设计姿态内环和位置外环基本控制器;为减小系统的稳态误差,引入积分环节,构造出积分滑模控制器;通过采用边界层...     

基于中心对称多胞体的四旋翼无人机执行器故障检测

本文针对四旋翼无人机姿态控制系统执行器发生的故障,设计未知输入观测器并基于中心对称多胞体实现故障检测.首先,利用泰勒展开对无人机非线性系统模型进行离散化处理,将执行器故障项视为干扰项,利用未知输入观测器来进行干扰解耦;其次,采用中心对称多胞体计算检测的残差阈值,通过比较四旋翼无人机系统产生的执行器故障残差与阈值区间完成故障检测;最后,基于MATLAB仿真平台,验证了所提出的无人机姿态控制执行器系统的故障检测的有效性.     

采用自适应观测器的共轴多旋翼无人机鲁棒控制

针对共轴多旋翼无人机输入受限和不确定性问题,提出了一种基于自适应观测器的鲁棒控制方法.首先建立了包含不确定性的共轴十二旋翼无人机位置和姿态数学模型,在位置回路鲁棒控制律的设计中,引入辅助观测器来补偿输入受限的影响;然后在姿态回路鲁棒控制律的设计中,引入自适应观测器来抑制不确定性的影响,从而实现共轴多旋翼无人机的全局渐近稳定.仿真结果表明:提出的鲁棒控制律具有更优的稳定性、准确性和快速性,位置和姿态的最大跟踪误差分别仅为0.05 m和0.2°,能够在更短的时间内实现对共轴多旋翼无人机的鲁棒控制.     

四旋翼无人机姿态控制传感器故障的区间估计

针对四旋翼无人机姿态控制系统传感器发生故障的问题,文中采用多胞体原理进行区间估计,利用泰勒展开对无人机非线性系统进行线性化处理,并通过视传感器故障为增广状态的方法将原始系统转换为等效的广义系统.H∞技术设计鲁棒增广状态观测器,通过求解线性矩阵不等式得到四旋翼无人机姿态控制系统传感器的故障估计.基于中心对称多胞体原理对估...     

四旋翼飞行器的容错姿态稳定控制

在近十年间, 飞行系统的可靠性问题得到了飞行控制领域越来越多的重视。以一种全新的垂直起降飞行器——四旋翼飞行器作为研究对象, 设计具有高可靠性的姿态稳定控制系统, 为了补偿执行机构发生故障给飞行控制品质带来的影响, 一种主动容错技术将被应用于姿态控制系统的设计中, 主要设计了一个基于状态观测器技术的鲁棒故障检测环节与一个可容错重构的姿态控制器, 在设计控制系统的同时, 还对于故障检测的鲁棒性与快速性、重构控制系统的稳定性进行了理论分析。最后通过数值仿真, 对容错控制系统中各个环节的效果进行了验证。     

航空发动机传感器故障诊断与自适应重构控制

针对航空发动机控制系统中最易发生故障的传感器,提出了基于状态观测器的故障诊断与自适应重构控制方法.设计了多个状态观测器用于传感器的状态估计,采用阈值判别法对传感器进行实时故障监视与诊断,并用正常传感器测量值的加权均值代替故障传感器测量值反馈回闭环系统,实现了对发动机闭环系统的自适应重构控制.数字仿真结果表明,该方法能及时准确地定位故障,并进行有效的自适应重构控制,将其应用于航空发动机的故障诊断与自适应重构控制是可行、有效的.     

基于动态规划的无人机编队最优协同容错控制

为了克服未知的执行器故障对四旋翼无人机编队飞行的影响,提出了一种基于动态规划的最优协同容错控制律。首先,建立了四旋翼无人机模型,然后,基于动态规划设计了最优协同控制律,利用RBF神经网络逼近最优性能指标函数,设计了自适应律来估计未知的执行器故障,最终得到的最优协同容错控制律可实现对无人机编队飞行的高精度控制。通过对比仿真验证了设计的控制律具有更优的编队控制效果,编队飞行的最大轨迹跟踪误差仅为0.04 m,控制精度较高,设计的自适应律具有更优的故障估计效果,最大估计误差仅为0.05 N·m,实现了对四旋翼无人机编队的安全稳定控制。     

基于多模型参数估计的舵机故障诊断算法

为了实现无人机舵机工作状态的在线监测,实时提供故障类型与故障程度,设计了一种基于多模型参数估计的舵机故障诊断算法。首先描述了舵机各典型故障类型的动态特性,并建立相应的故障模型。然后就各故障类型设计相应的故障状态观测器及参数估计器,实时监测舵机运行状态,在舵机出现故障时能够及时给出故障信息。同时设计多观测器切换机制,以解决多个观测器的选取问题。仿真结果表明,建立的故障模型能够很好地描述典型故障的动态特性,多观测器切换机制能够及时准确地切换至最接近当前舵机状态的观测器,给出最接近实际情况的故障信息。     

四旋翼无人机飞行控制系统设计研究

根据模块化思想分别对四旋翼无人机[1]硬件系统的控制器模块、传感器模块、电源模块、执行机构模块以及遥控器模块[2-3]进行了详细的阐述,并给出了相应的电路设计。根据硬件系统所需的要求设计了飞行控制系统软件方案总体流程图,最后根据图形化语言LabVIEW设计了一套基于四旋翼无人机飞行控制系统的显示界面用来实时采集四旋翼无人机飞行器姿态角的数据[4],通过转台实验分析证明,文中所设计四旋翼无人机飞行控制系统满足最初预期效果,为进一步研究奠定了理论基础。     

网络管理中的故障模型

网络故障隔离和诊断在网络管理中是非常重要的。其目的是保证网络提供连续、可靠的服务。但是网络故障的复杂性使该问题很难处理 ,因而研究网络故障是关键。本文描述了网络故障发生的环境 ,提出了一种网络故障模型 ,分析了网络故障的特征 ,并对故障传播问题作了讨论。     

Ⅰ类热像仪故障诊断

开发一种用于检测热像仪电路故障并显示的专用测试设备是很有必要的.今提出了诊断热像故障的一种方法,即测试整机电路的特征信号,根据测量结果自动判断故障.由于热像仪电路的模块化设计,所有故障均应定位在这些模块上.     

传输故障处理经验总结

处理传输故障的关键是故障的准确定位。为了达到这个目标,需要在维护时清楚故障定位的原则、排查故障的可能原因,掌握一种高效的手段或方法来迅速处理可能遇到的各种故障。     

适用于架空线路的接地型故障指示器检测方法研究

配电网是电力系统的重要组成部分,位于电力线路的最末端,直接与用户相连,其供电质量直接关系到用户的使用情况及经济效益,95%的用户电力故障是由配电网络所引起。由于历史的原因,我国农村和城乡的配电线路大部分都是架空型线路。配电线路主要的故障是单相接地故障,能够达到配电网故障的60%以上。本文以我国架空型配电线路的单相接地故障为例,对接地型的故障指示器检测方法进行了研究与设计。     

可逆电路中门失效错误的定位方法

可逆电路是量子计算科学,低能耗COMS以及纳米技术蜒究的基础.确保可逆电路的正确性和可靠性,错误检测和定位必不可少.本文通过分析可逆电路发生门失效错误时对电路的影响,给出了一种门失效模型的错误定位方法,即生成错误定位树的方法.本文生成的错误定位树中,根据输入向量的不同输出能把当前错误集划分成多个小的错误集,使得树的高度较小,定位错误较快.此外,在生成电路的错误定位树时不需要生成真值表和错误表,从而节省了大量的存储空间,所以能应用于大型的电路.     

网络虚拟化环境下的故障管理

网络虚拟化是未来网络的重要特征和演进方向.及时准确地定位网络故障并迅速隔离和恢复故障对于网络虚拟化环境下网络的健壮性、生存性和可管理性均具有重要的意义.然而,针对虚拟网络环境中网络规模扩大、网络的多层次性和不确定性等特性,传统的故障管理机制具有一定的局限性,需要基于网络虚拟化环境的特点研究其故障管理机制.分析了网络虚拟化环境下故障管理流程,并基于流程中的3个重要环节分析了网络虚拟化环境下故障探测、故障定位和故障恢复这3个方向的研究现状和趋势.     

模拟电路模块级软故障特征的提取与故障诊断

介绍了一种模拟电路故障诊断中功能模块级的单模块软故障模型的建立理论和特征提取的方法,运用该方法提取的单模块故障特征不仅可以有效区分单模块电路中的各类故障,而且单模块电路的故障特征还可以在多模块电路的单故障和多故障的情况下应用。仿真结果表明,通过采样电路输出并进行相应的信号处理来提取故障模型,可以准确地定位多模块故障电路的故障部位。     

基于仿真和编码理论的数模混联电路故障诊断方法研究

数模混联电路的设计被广泛运用于各种电路系统。而模拟电路和数字电路在故障模式、测试方法上的显著差别给数模混联电路的测试带来了很大困难。基于对输出电平的16进制编码,将传统的故障字典法推广到可以诊断数模混联电路的新故障字典法。利用EDA的辅助分析,在PSpice仿真环境下,从故障建模、故障注入,到电路仿真,数据分析,再到建立故障字典以及故障诊断,建立了一套有效的基于仿真的数模混联电路的测试诊断方法。并给出了仿真实例,对数、模混联电路的故障诊断具有推广意义。     

An algebra of multiple faults in RAMs

Cell array faults in random-access memories (RAMs) are usually represented by Mealy automata. In such a model, multiple faults should also be representable by automata; in fact, it should be possible to compute the automaton representing a multiple fault from the automata representing the single faults that make up the multiple fault. In this paper we study properties of binary composition operations on automata that are appropriate for the representation of multiple faults in RAMs. First, we derive a set of generic conditions that every composition operation must satisfy. Second, we develop a set of physical conditions that the composition must satisfy in order to apply to stuck-at, transition and coupling faults in RAMs. Third, we represent the transition table rules used by van de Goor and Smit by a composition operation and prove that this operation satisfies both the generic and physical conditions. Fourth, we point out that in some circumstances, it is appropriate to use a different composition operation (defined by us in a previous paper) to permit a different handling of coupling faults in the presence of stuck-at or transition faults. We compare and relate the properties of the two algebras. This work was supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, Grants OGP0000871 and OGP0000243, and by a grant from the Information Technology Research Centre of Ontario. An extended summary of this paper appears in [1].