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.     

具有自适应调节律的非线性系统执行器故障检测和隔离方法

针对受到外部干扰的非线性系统,讨论了基于观测器的执行器故障检测和隔离方法.首先,通过引入一个对Lipschitz非线性项Lipschitz常数自适应调节的微分调节项,使得观测器具有自适应性,从而使观测器设计具有无须知道Lipschitz常数大小的优点;然后,通过一滑模控制项来抑制干扰,使观测器具有鲁棒性,并在此基础上,结合多观测器故障隔离的思想,提出了执行器故障检测和隔离方法;最后,通过对一个七阶飞行器实际模型的仿真,表明了该方法的实用性.     

基于鲁棒滑模观测器的多电机卷绕系统故障检测和隔离

针对多电机卷绕系统故障检测和隔离问题,提出了基于滑模观测器的鲁棒故障检测和隔离策略.首先,考虑到多电机卷绕系统运行环境变化引起的摩擦系数、杨式模量、半径和转动惯量等参数的不确定性,通过引入非线性未知输入干扰对系统不确定参数进行描述,将多电机卷绕系统转化为包含执行器故障的一般不确定非线性系统;其次,构造鲁棒滑模观测器并用作故障检测观测器,通过滑模控制来抑制未知输入干扰,使观测器具有鲁棒性,在此基础上,结合多观测器故障隔离的思想,提出了可以同时对多个执行器故障进行检测和隔离的方法;然后,根据李雅普诺夫理论得到使观测器系统指数收敛的充分条件,同时给出了观测器增益的求解方法;最后,仿真结果验证了所提方法的鲁棒性和有效性.     

基于扰动估计的飞行控制系统传感器故障重构

针对飞行控制系统的传感器故障重构问题,讨论了基于扰动估计的传感器故障检测与重构方法。首先,通过建立观测器,对已有系统的干扰进行估计;其次,通过干扰的估计值来建立系统的鲁棒观测器;最后,再通过对系统建立多个降维鲁棒观测器来隔离并重构传感器故障。采用某飞机横侧向模型进行仿真验证,仿真表明基于扰动估计的鲁棒观测器能够有效地对传感器故障进行隔离与重构。     

多重故障诊断方法研究*

针对复杂系统故障模式较多时难以满足实时性的要求,对传统降阶观测器的诊断方法进行了改进,提出了基于动态观测器的诊断方法。该方法通过设计一个动态观测器去检测一系列故障,其效果等同于使用了一族观测器。当把耦合故障表示成故障信号的组合时,该方法可推广到耦合故障的诊断中。     

基于UIOs的风力机传动系统多故障诊断

风力机故障诊断通过对机组运行数据进行提取、估计,以辨别出故障并获得故障信息.但目前风力机故障检测大多考虑单个故障发生的情况,而实际工程中无法避免多故障同时发生.通过设计未知输入观测器组,解决了风力机传动系统执行器和传感器的多故障诊断及隔离.针对不同故障类型各设计一组未知输入观测器.观测器组中的每个未知输入观测器产生一个残差信号,该残差不敏感于相应故障,但敏感于其他故障.通过对比观测器组中的残差信号可实现单一或多故障诊断.建立风力机传动系统故障模型,仿真分析得出该方法具有可行性.     

基于神经网络观测器的飞行器传感器故障检测

为了避免传感器故障对飞控系统的影响,实现传感器故障的快速检测与隔离,提出了一种基于神经网络观测器(NNOB)的传感器故障检测方法。在建立四旋翼飞行器姿态故障模型的基础上,利用非线性观测器得到的期望输出和传感器测量值设计基于神经网络(NN)的传感器故障观测器,利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)更新神经网络的权值参数,通过Lyapunov理论证明权值参数更新的收敛性,最终构建出一种基于神经网络观测器的传感器故障检测系统。数值仿真实验结果表明,与现有神经网络故障检测方法相比,所提方法具有更高的故障检出率与更好的跟踪性能。     

基于自适应观测器的四旋翼无人飞行器多传感器故障诊断方法

为了实现对四旋翼无人飞行器多传感器故障检测与诊断,提出一种基于自适应观测器的多传感器故障诊断方法。首先,在建立飞行器动力学模型和传感器模型的基础上,将传感器故障视为虚拟执行器故障,构建四旋翼无人飞行器多传感器故障检测与诊断系统;其次,设计非线性观测器实现多故障检测和与隔离,基于Laypunov方法设计非线性自适应观测器实现对多故障偏差值的估计;最后,在传感器测量噪声存在的情况下,证明自适应律的稳定性和参数收敛性。实验结果表明,该方法能有效进行多传感器的故障检测与隔离,实现对多传感器故障偏差的同时估计与跟踪。     

基于自适应观测器的四旋翼无人飞行器传感器故障诊断方法

针对四旋翼无人飞行器传感器故障诊断问题,提出一种用于四旋翼无人飞行器加速度计和陀螺仪故障同时发生的故障检测与隔离以及故障偏差值估计的非线性诊断方法.首先,在建立飞行器动力学模型和传感器模型的基础上,构建四旋翼无人飞行器传感器故障检测与诊断系统.其次,利用故障观测器完成传感器故障的检测与隔离,基于Laypunov方法设计非线性自适应观测器对未知故障偏差值进行估计.最后,在传感器测量噪声存在的情况下,证明自适应律的稳定性和参数收敛性.实验结果表明,该方法能有效进行传感器的故障检测与隔离,实现对传感器故障偏差的估计与跟踪.     

基于改进观测器的故障检测方法

提出一种基于改进观测器的故障检测方法.首先,设计一种改进的观测器,该观测器相比于Luenberger观测器拥有更多的设计自由度;然后,引入l₁/H_∞性能指标提升观测器产生残差的干扰鲁棒性和故障敏感度,自适应阈值的设计可以有效避免故障预警的误报;最后,通过仿真和实验验证所提出方法的有效性.     

无刷直流电机控制系统的Matlab仿真

通过对无刷直流电机控制系统的研究,提出了反电势控制方法.即通过线性分段法获得反电动势,构建无刷直流电机(Brushless DC Motor,BLDCM)的本体模块,采用双闭环控制方案(转速环由PID调节器构成,电流环由电流滞环调节器构成)建立仿真控制系统.利用仿真对所提出的方法进行了验证.     

无刷直流电动机驱动系统建模及故障仿真

为提高无刷直流电动机故障诊断水平,在Simulink下建立了带霍尔位置传感器的无刷直流电动机驱动系统模型。针对逆变桥功率开关管短路、开路及霍尔传感器缺相等故障进行了仿真,得到了相应的特征波形。对各类故障进行了理论上的分析,分析结论为无刷直流电机的故障诊断提供了科学的参考。     

基于模糊控制器的直流无刷电动机控制

利用自整定模糊-PID控制器实现对直流无刷电动机的控制.在分析直流无刷电动机数学模型的基础上,建立一种新型的三相直流无刷电动机数学模型,并将自整定模糊-PID控制器应用于直流无刷电动机的控制系统中.系统采用双闭环调速,电流环采用电流滞环控制,转速环采用自整定模糊-PID控制器,通过不断检测速度偏差e和速度偏差变化率ec,对参数KP,KI和KD进行在线校正,控制器参数随e和ec变化而变化,以提高系统的控制效果.研究结果表明,这种基于自整定模糊-PID控制器的直流无刷电动机控制系统具有响应快、超调小、控制精度高等特点,比传统PID控制器具有更好的静、动态特性.     

BLDC motor speed control system fault diagnosis based on LRGF neural network and adaptive lifting scheme

Brushless DC (BLDC) machines are found increasing use in applications that demand high and rugged performance. In some critical circumstance, such as aerospace, the motor must be highly reliable. In this context, a novel model-based fault diagnosis system is developed for brushless DC motor speed control system. Under the consideration of the complexity of characterizing the dynamic of BLDC motor control system with analytic expression, a LRGF neural network (LRGFNN) with pole assignment technique is carried out for modeling the system. During the diagnosis process, fault signal of the motor is isolated with LRGFNN online. Meanwhile, adaptive lifting scheme and adaptive threshold method are presented for detecting the faults from the isolated fault signal under the existence of mechanical error and electrical error. The effectiveness of the diagnosis system is demonstrated in the simulation of electrical and mechanical fault in the motor. The detection of the incipient fault is also given.     

基于DSP无刷直流电机控制系统的研究及其仿真

无刷直流电机(BLDCM)是一个多变量、非线性系统。本文以无刷直流电机为研究对象,重点研究了无刷直流电机的控制系统及其仿真,并在最后对仿真结果进行了分析。在分析了无刷直流电机(BLDCM)的数学模型的基础上,文章中提出了一种以DSP芯片TMS320F2812为控制器的无刷直流电机双闭环控制设计的方案。文章中对此电机控制方案进行了软硬件的设计,并且在MATLAB上通过Simulink进行了系统仿真。仿真结果表明,控制系统运行平稳有较好的动态和静态特性,我们提出的控制方案正确可行。     

无位置传感器直流无刷电动机控制系统研究

在分析无位置传感器直流无刷电动机的反电动势换相和启动原理的基础上,建立了利用反电动势换相的换相模块,启动采用“三段式”启动技术。在双闭环调速系统中,电流环采用电流滞环控制,转速环采用PID控制器。仿真结果表明：这种基于反电动势换相的无位置传感器直流无刷电动机控制系统能够正常启动,具有同有位置传感器直流无刷电动机控制系统同样好的静态、动态特性。     

直流无刷电机的DSP模糊控制系统

基于DSP设计了直流无刷电机的模糊控制系统,阐述了系统硬件主电路设计,以及软件实现的设计方法,为解决直流无刷电机控制中难题,进一步提高系统控制性能,采用了无刷直流电机电流、转速双闭环控制及模糊自整定PI算法的控制策略,较好实现了直流无刷电机控制系统的智能控制。应用了PWM控制的重叠换相法抑制转矩脉动。实验结果及仿真结果表明,该系统控制效果良好,转矩脉动抑制明显,运行可靠的特点,验证了该设计的快速稳定和鲁棒性。     

Commutation Torque Ripple Suppression in Three Phase Brushless DC Motor Using Open-end Winding

Three phase brushless DC motor has the characteristics of high power density, simple structure and excellent speed regulation performance, which is widely used in the field of electric drive. Open-end winding brushless DC motor has no neutral point, and each phase winding is electrically isolated, which can realize the independent control of each phase winding. Compared with Y-connected brushless DC motor, the open-end winding brushless DC motor has a wider range of speed regulation under the same voltage, and has certain fault-tolerant performance, which is suitable for the application of low voltage and large current. Compared with the multiphase fault-tolerant motor, open-end winding brushless DC motor has simpler structure and higher winding utilization rate. However, the open-end winding brushless DC motor still has torque ripple, among which the cogging torque is related to the motor body structure, while commutation torque ripple is affected by the mutual inductance of the winding and the current freewheeling loop. The commutation process of the open-winding brushless DC motor is analyzed, and it is concluded that the current change rates of the turn-off phase and turn-on phase are equal under the ideal back electromotive force(back-EMF), which can ensure that the non-commutation phase current and the electromagnetic torque kept constant. The overlapping commutation with phase current closed-loop method is proposed to suppress the commutation torque ripple of open-end winding BLDC motor, and the applied voltage on turn-off phase and delayed time of turn-off phase in overlapping commutation are derived, the sliding mode observer is used to calculate the electromagnetic torque. MATLAB simulation and experimental results verify the effectiveness of this method.

     

基于Simulink的无刷直流电机自抗扰控制系统的仿真

无刷直流电机(BLDCM)作为一个多变量强耦合非线性系统,经典PID控制已难以满足日益增长的精密控制需求.本文根据无刷直流电机的特点及自抗扰控制器(ADRC)设计原则,建立了一种无刷直流电机单环自抗扰控制系统,并在MATLAB/Simulink上建立了仿真模型.仿真结果表明ADRC对外部扰动和电机参数的变化有较强的鲁棒性.     

带EPA的低压直流伺服驱动器的设计与研究

以机器人一体化关节的运动控制为背景,提出了一种低压直流伺服的设计方法。在硬件设计上,突出两大特色：既可驱动直流有刷电机又可驱动直流无刷电机,拓宽了该直流伺服驱动器的应用范围;配备EPA（Ethernet for Plant Automation）实时以太网通讯接口,通讯速率高且数据传输的确定性和实时性好。在软件设计上,采用三环闭环控制,其中速度环的控制采用先进的单神经元自适应控制,稳定性好,鲁棒性强,实验结果证明该算法有效解决了负载扰动给系统造成的不稳定性。