故障诊断与容错控制的一个新框架

讨论现有基于模型的故障诊断与容错控制方法的局限性, 并由此提出一个基于$\nu$- 间隙度量来处理故障诊断与容错控制的新框架. 并且, 讨论了如何在此框架下对故障进行分类和分级以及提出如何进行容错控制的一般性控制结构.     

端口故障粒度划分的虚通道动态分配式容错路由器设计

高可靠性是高性能片上网络路由器发展的重要方面,针对目前虚通道动态分配式路由器端口易发生故障的问题,提出了一种基于端口故障粒度划分的容错路由器设计。首先,结合虚通道动态分配方式的特殊性以及故障发生特性,建立了一种粒度划分的端口故障与拥塞预测模型;然后在此模型的基础上结合实时故障检测方法设计相关容错电路,增加邻端口共享模块,设计容错读写指针控制逻辑电路;最后依据设计的电路提出容错与拥塞缓解方案。实验结果表明,在各种端口故障模式下,该路由器均能保持较好的容错特性,性能衰减较小,并且具有较好的性能提升与面积开销比。     

基于止血机制的冗余并联机器人精准容错控制

冗余并联机器人具有冗余容错能力,能在局部故障的情况下继续工作.而设备的机械间隙无法完全避免,并且较难建立精准的机械间隙模型,因此基于运动学冗余的常规容错方法较难实现精准容错控制.基于生理止血调控机制,考虑冗余并联机器人控制特性和机械间隙因素,提出一种新颖的精准容错控制器.与止血机制类似,该控制器不但能够进行子通道误差优化,而且能进行全局故障辨识和容错补偿.利用2-DOF冗余并联机器人进行了真实实验.结果表明,提出的精准容错控制器的控制精度和容错能力均比传统控制器有较大提高.     

考虑电磁铁故障的磁浮列车单悬浮模块的容错控制

本文针对参数具有不确定性的磁浮列车单模块悬浮系统,利用线性矩阵不等式(LMI)方法,设计了对执行器失效具有完整性的容错控制器.同时考虑到工程实际的需要,引入权重概念对控制律进行修改,并利用数值方法对新控制律作用下闭环系统的稳定性进行验证.对不同执行器故障模式下悬浮间隙的变化进行了仿真分析,结果表明该方法对闭环系统的参数不确定性具有鲁棒性,对部分执行器失效具有容错能力.     

容错并行算法的性能分析

容错并行算法是一种应用级容错方法,它通过并行复算的方法实现快速的故障恢复.容错并行算法是在并行算法设计的基础上增加了容错设计部分,因此其性能评估必须考虑故障对程序性能的影响.研究了评估故障情况下容错并行算法性能的各种度量,建立了性能模型预测容错并行算法的期望执行时间,以此为基础评估了程序段的运行时间、数据保存开销、故障率以及并行复算加速比等系统参数对容错并行算法性能的影响.     

一种遥感卫星动量轮容错控制的方法研究

针对低轨遥感卫星动量轮故障频发影响姿态稳定的情况,对以动量轮为执行器的低轨遥感卫星进行容错控制研究,提出一种结合卡尔曼滤波及模糊PID控制率的容错控制方法。首先建立低轨遥感卫星动量轮故障模型,应用卡尔曼滤波算法进行噪声滤除,然后根据卡尔曼滤波的结果,设计模糊PID容错控制器,并与传统PID容错控制器进行仿真比对实验,在闭环姿态控制系统的容错控制领域验证了该方法的较强自适应性和较强鲁棒性的优点。     

一类非线性系统的故障检测与容错控制算法

针对仿射非线性系统提出了一种稳定的故障检测及容错控制算法.该算法利用神经网络对系统故障进行建模,在线估计故障向量,监测系统运行情况;在反馈回路中引用故障辅助反馈控制回路,实现容错控制;并基于Lyapunov方法进行了稳定性分析.控制系统可运行于两种模式:系统正常时,采用常规反馈控制器(CC);有故障发生时,引入补偿控制来削弱故障影响,保障系统的正常运行.最后对一类非线性电机的仿真控制结果表明了此容错控制方法的有效性.     

事件触发非均匀传输NCS少保守性鲁棒H∞主动优化选择容错控制（修改稿）

在DETCS下,针对具有执行器故障严重程度可区分的NCS,研究了少保守性鲁棒 容错控制器的离线设计及其在线主动优化选择的主被动融合容错控制问题。首先,应用“偏序”的概念,对故障进行严重程度区分。其次,构建了主被动融合容错控制结构框架;再次,基于建立的模型,针对“正常”、“轻微”、“中度”及“重度”等4类不同严重程度故障模式集,通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函,利用改进的Wirtinger不等式、互反凸引理等技术,给出了离线设计少保守性鲁棒 容错控制器集合的方法;然后,在线运行时根据故障诊断的严重程度,按性能最优及少切换的选择策略优化投切对应的容错控制器;最后,通过仿真算例验证所提方法的可行性和有效性。     

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.     

多模型传感器故障软闭环容错控制研究

针对一类非线性系统建立精确机理模型困难、且仅用单一模型进行故障检测与容错不甚可靠等问题,提出一种基于数据驱动的多模型传感器故障软闭环容错控制方法,并对非线性系统中卡死、恒增益、恒偏差等常见传感器故障进行了研究。首先采用历史数据建立了系统的RBF神经网络、最小二乘支持向量机和核部分最小二乘三种预测模型,并基于序贯概率比检验算法同时以多个模型产生的残差对传感器进行故障检测;当检测出传感器发生故障时,则用系统多个预测模型的融合值代替传感器的输出,从而以软闭环方式实现对传感器故障的容错控制。最后将所提出的方法应用于一阶水箱液位控制系统,实验结果表明多残差与序贯概率比检验算法的结合能够可靠诊断传感器故障,多预测值优化融合的软闭环可对传感器故障实现安全、高性能容错。     

间隙度量模式下的闭环系统故障诊断实现 余

现有基于解析模型的故障诊断方法, 大都是在欧氏距离下的残差度量, 难以有效解决闭环系统的故障诊断. 本文从鲁棒控制理论中的系统间隙度量这一新的视角出发, 利用其特别适合于闭环性能度量这一根本特性, 采用互质分解技术建立包含不确定性和扰动的系统数学模型; 基于间隙度量技术, 给出故障检测和故障分级分类方法; 最后在现役飞机、电动汽车和工业伺服驱动等领域广泛采用的电机双闭环系统中, 通过与传统方法对比, 在数值实验中验证本方法的有效性.     

双时滞系统的故障诊断和动态最优容错控制

对含有状态时滞和控制时滞的线性时滞系统, 研究系统发生不可直接测量的传感器故障和执行故障时的故障诊断和最优容错控制问题. 首先基于时滞系统的线性变换, 利用Riccati矩阵方程和Sylvester方程设计了故障情况下的最优容错控制律, 并证明了最优容错控制律的存在唯一性. 然后通过构造一种新的含有故障的增广系统的降维状态观测器, 实现了故障的实时在线诊断和系统状态的观测, 解决了最优容错控制的物理不可实现问题. 最后利用故障诊断的结果给出了物理可实现的动态最优容错控制律. 仿真实例验证了故障诊断方法和动态最优容错控制方法的可行性和有效性.     

含控制时滞系统的实时故障诊断和最优容错控制

研究含有控制时滞的线性系统的故障诊断方法和最优容错控制问题.给出了最优容错控制律的存在唯一性条件,提出了最优容错控制律的设计算法.通过构造增广的降维状态观测器,设计了在线诊断故障的故障诊断器并同时实现了系统状态的观测,解决了最优容错控制的物理不可实现问题.利用观测器的输出得到物理可实现的动态最优容错控制律.仿真实例验证了故障诊断方法和动态最优容错控制律的有效性.     

永磁容错游标轮缘推进电机改进模型预测转矩控制

为提高永磁容错游标轮缘推进电机(FTPMV-RDM)在正常状态和一相开路故障状态下的控制性能, 本文提出了一种基于电压矢量预选的改进模型预测转矩(MPTC)控制方法. 针对六相独立H桥逆变器提供的备选电压矢量数量多导致MPTC系统计算量大的问题, 首先, 采用直接转矩控制中利用转矩、磁链误差及定子磁链位置信息确定预选电压矢量, 减少MPTC系统中电压矢量的枚举次数. 然后, 利用价值函数进行二次筛选得到最优电压矢量. 为了实现开路故障下的容错控制, 提出了一种更换备选电压矢量表的开路故障容错控制策略. 实验结果表明, 基于电压矢量预选的FTPMV-RDM模型, 本文预测转矩控制算法能够在无故障和一相开路故障下抑制电流畸变, 进而有效降低转矩和磁链脉动.     

推力矢量飞机鲁棒故障检测与辨识和指令滤波容错控制系统设计

针对推力矢量飞机(TVA)在超机动飞行中的舵面故障、执行器故障、参数摄动和外界干扰等问题,提出了一种鲁棒故障检测与辨识和指令滤波容错控制(RFDI-CFFTC)系统设计方法.首先针对TVA故障模型提出了一种基于多观测器的RFDI机制,通过引入自适应律和观测器来补偿参数摄动和外界干扰的影响,实现对舵面故障和执行器故障的准...     

执行器故障时变系统的PID迭代容错控制

对存在执行器故障的连续线性时变系统，给出了PID型迭代学习容错控制律的收敛条件。对连续时变故障系统设计了一种PID迭代学习容错控制律，在[λ]范数意义下给出了故障系统PID型迭代容错控制器收敛的充要条件；基于Schur补原理和不等式变换，将容错控制器收敛条件转换成线性矩阵不等式，当迭代学习收敛速度设定时，基于线性矩阵不等式能快速确定最优迭代控制增益，避免了迭代控制增益设置的盲目性。旋转控制系统的数值仿真，验证了PID迭代容错控制器优良的容错性能和跟踪性能。     

Reliable H∞ control of discrete-time systems against random intermittent faults

A passive fault-tolerant control strategy is proposed for systems subject to a novel kind of intermittent fault, which is described by a Bernoulli distributed random variable. Three cases of fault location are considered, namely, sensor fault, actuator fault, and both sensor and actuator faults. The dynamic feedback controllers are designed not only to stabilise the fault-free system, but also to guarantee an acceptable performance of the faulty system. The robust H_∞ performance index is used to evaluate the effectiveness of the proposed control scheme. In terms of linear matrix inequality, the sufficient conditions of the existence of controllers are given. An illustrative example indicates the effectiveness of the proposed fault-tolerant control method.     

约束多传感器线性系统的RMPC容错控制

针对一类约束多传感器线性故障系统,提出了一种基于鲁棒预测控制策略的容错控制方案．首先为多传感器线性系统设计了观测器,然后离线设计不变集列,使得时变的状态估计误差存在于相应的不变集列中,利用不变集的理论提出了一种新的故障检测的方法,最后基于鲁棒预测控制策略为故障系统设计了容错控制器,给出了闭环系统鲁棒稳定性的证明．仿真结果证明了方法的可行性。     

存在部分解耦扰动的网络化系统容错控制

针对一类存在执行器故障和部分解耦扰动的离散时间网络化控制系统,研究测量数据随机丢失情况下的主动容错控制问题。首先,通过模型转换将原系统化为一个与之等价的状态增广系统;然后在考虑测量数据发生随机丢失情况下,构造未知输入观测器(unknown input observer, UIO)实现对系统状态与故障的联合估计,再基于状态和故障的在线估计值,设计基于信号补偿的容错控制律实现对原系统的主动容错控制。在该容错控制算法中,观测器与控制器增益的存在性条件均可利用李雅普诺夫稳定性理论对误差系统进行随机分析得到,相应的估计器和控制器参数可通过在线求解具有凸约束的矩阵不等式获得。最后,通过一个喷气式发动机模型的仿真算例验证所提出的故障估计与主动容错控制方法的有效性。     

风能转换系统执行器故障主动容错控制

提出了一种新颖的风能转换系统滑模主动容错控制策略.针对风能转换系统执行器故障,运用预测控制思想和迭代算法,设计了一种故障观测器.在设定的优化时域长度内,利用实际系统与故障观测器的输出差值,通过反复迭代运算,不断地对虚拟故障信号进行调整,使其能有效地拟合实际系统执行器故障,并根据故障观测值实时调整滑模容错控制器结构.未发生故障时,故障观测值为零,系统在滑模控制器控制下稳定运行;执行器发生故障时,运用故障观测值实时调整滑模容错控制项,并用双曲正切函数代替符号函数,消除抖动.仿真实验结果表明,滑模容错控制器下的系统具有良好的容错能力,提高了风能转换系统最大风能捕获效率.