基于自适应奇异观测器的连续系统故障诊断

针对连续系统的传感器与执行器故障诊断问题,提出一种自适应奇异观测器来进行故障估计,能同时估计系统中的传感器故障与执行器故障,并克服了以往研究中对故障、故障导数与系统干扰作上界已知假设的不足;利用H∞性能指标抑制了干扰对故障估计的影响;通过线性矩阵不等式来获得自适应奇异观测器的增益阵,从而很方便地完成故障诊断观测器的设计;采用Lyapunov泛函证明了观测误差动态系统是鲁棒渐近稳定的;最后通过仿真实例验证了所提方法的有效性。     

多故障并发非线性系统一体化跟踪主动容错控制器设计

针对一类执行器及传感器同时发生故障的非线性系统,综合鲁棒滑模重构观测器及自适应滑模容错控制器设计技术,提出一体化跟踪主动容错控制方案.首先,将系统增维变换为广义系统,运用广义约束逆引入辅助矩阵,采用线性矩阵不等式设计观测器系数矩阵,综合自适应律给出广义鲁棒滑模观测器设计程式;在此基础之上,通过设计鲁棒滑模微分器估计输出向量微分,结合广义鲁棒滑模观测器状态估计结论,实现执行器及传感器故障同时重构.其次,基于故障重构及状态估计结论,提出自适应滑模的跟踪主动容错控制律设计程式.最后,通过开展飞行模拟转台伺服系统数值仿真,检验一体化跟踪主动容错控制器设计方法的有效性.     

基于未知输入观测器的非线性广义系统执行器故障检测和重构

针对一类含有未知扰动广义非线性系统的执行器故障,本文提出一种重构算法。首先设计未知输入观测器对干扰鲁棒,作为故障检测观测器。检测到发生故障后,通过提出含有误差比例项和积分项的故障估计算法,形成自适应观测器,实现准确快速地估计故障,同时估计状态变量。根据李雅普诺夫稳定理论给出估计误差一致最终有界的充分条件。最后仿真验证该类观测器和重构算法的有效性。     

基于奇异观测器的连续系统传感器故障估计

研究连续系统的传感器故障估计问题,提出一种奇异观测器来进行故障估计,所提方法不需要假设故障、故障导数和干扰的上界已知.通过HB∞性能指标抑制了干扰对故障估计的影响;采用线性矩阵不等式来获得奇异观测器的增益阵;利用Lyapunov泛函得到了观测误差动态系统的鲁棒渐近稳定性;最后通过飞行器仿真实例验证了所提方法的有效性.     

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.     

基于鲁棒正不变集的传感器故障区间估计

针对具有传感器故障和未知扰动与测量噪声的线性离散系统, 提出了一种传感器故障区间估计方法. 将传感器故障视为增广状态, 原始系统转化为一个等效的广义系统. 为了得到故障的点估计同时抑制扰动和噪声的影响, 基于有界实引理设计了一个针对广义系统的鲁棒状态观测器. 然后, 通过中心对称多胞体技术实现对故障的区间估计并基于鲁棒正不变集给出了一种降低区间估计计算量的方法. 最后, 通过一个垂直起降(Vertical take-off and landing, VTOL)飞行器线性化模型的仿真算例验证了所提出方法的有效性与优越性.     

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.     

基于未知输入观测器的直流电机鲁棒故障估计

针对直流电机系统提出一种基于未知输入观测器(UIO)的鲁棒故障估计方法,同时估计系统中的执行器故障和传感器故障。首先,构建包含系统传感器故障的增广状态系统;然后,基于该增广系统提出一种新颖的UIO,并给出了该观测器的存在条件和多故障估计策略;同时,引入H_∞性能指标最大程度地抑制干扰对故障估计结果的影响;接着,给出观测器的设计条件和参数求解过程并将其转化为易于求解的线性矩阵不等式(LMI)的形式;最后,通过算例仿真和实验验证了该方法的有效性和可用性。     

基于广义未知输入观测器的鲁棒故障估计方法

当干扰存在时,有效地估计故障且放松故障的限制条件需要进一步的研究,为此针对含未知干扰的非线性连续系统的鲁棒故障估计问题提出一种广义未知输入观测器方法。首先,将执行器故障向量和传感器故障向量与原系统状态向量组成广义系统,放松对故障类型的限制,对此广义系统设计未知输入观测器解耦干扰,保证鲁棒性的同时估计出状态变量、执行器故障及其一阶微分和传感器故障。然后通过解线性矩阵不等式（LMI）给出估计误差渐近收敛的条件。最后,在MATLAB 的simulink平台上用三叶片水平轴风力模型仿真验证本文观测器的故障估计有效性鲁棒性。     

一类伴有部分解耦干扰的非线性系统故障诊断

针对Lipschitz非线性系统执行器故障检测和传感器故障估计问题,本文提出了一种基于H-/L_∞未知输入观测器的有限频域故障诊断策略.首先,将系统处理成包含传感器故障的增广系统.然后,将该系统的未知输入干扰分为可解耦与不可解耦两部分.针对可解耦部分,利用观测器匹配条件将其从估计误差中消除.针对不可解耦部分,设计L_∞指标抑制其对残差的影响并结合有限频域H-指标提高执行器故障检测灵敏度.接着,给出观测器存在的充分条件并将其转化为受LMIs约束的线性优化问题,实现了执行器故障的鲁棒检测及传感器故障的鲁棒估计.最后,结合仿真算例验证了所提方法的正确性与有效性.     

基于鲁棒自适应观测器的飞控系统传感器故障隔离与重构

考虑到飞行控制系统闭环反馈及实时的特性,设计了多个鲁棒自适应观测器用于传感器的故障隔离与重构.这样有效的抑制了噪声和模型不确定性,以及闭环传感器输出之间的相互影响.同时对残差进行时序概率比检验,避免了故障误报和漏报.应用某型战斗机地形跟随控制系统进行仿真验证,在保证闭环反馈系统稳定的前提下,实现了传感器的在线故障隔离与重构,达到了预期的效果.     

飞机舵面结构故障检测与重构的模糊观测器方法

本文提出了一种基于模糊观测器的飞机舵面故障检测与重构控制策略 .该方法在模糊输出观测器的基础上 ,构造了反映飞机舵面结构故障的残差信息 ,以进行快速的故障检测和重构控制 .针对某型飞机舵面结构故障的仿真验证了本文方法的有效性     

Adaptive observer design for robust fault estimation

In this article, fault diagnosis for a class of linear systems based on adaptive observer is investigated. Linear systems without model uncertainty are first considered, and two adaptive observers are designed for fault identification. The first one uses optimal design for minimizing the estimation error. The second one can achieve asymptotic fault estimation. The general situation where the system is subjected to either model errors or external disturbance is then discussed. Robust adaptive control techniques are applied to guarantee the convergence to a bounded set. Simulation of sensor fault diagnosis for an induction motor is presented to verify the effectiveness of the proposed method.     

风力发电系统传感器故障诊断

针对非线性风力发电系统,提出了一种基于滑模观测器的传感器故障诊断方法.基于考虑传感器加性故障的非线性动态模型,利用T--S模糊理论建立风力发电系统全局T--S模型,设计模糊T--S系统滑模故障观测器,产生对故障具有敏感性的残差,实现故障检测.通过等价输出控制方法来维持滑模运动,直接获取故障信息,重构传感器故障.最后以三叶片水平轴风力发电系统为例,仿真验证了该方法的有效性与可靠性.     

基于智能解析余度的容错飞控系统设计

常规的解析余度容错方法容易受到不确定因素和随机干扰的影响,本文以飞行控制系统为研究对象,提出基于智能解析余度的容错飞行控制系统设计方案,使用径向基神经网络的在线学习和全局逼近的性能,建立飞行控制系统传感器之间的解析余度关系,利用不相同传感器之间的解析关系进行残差分析从而进行传感器的故障隔离与信号重构.这样有效地抑制了测量噪声和模型不确定性.应用某型飞机进行仿真,实现了传感器的在线故障隔离与重构,验证了该方法的有效性.     

基于滑模观测器和广义观测器的故障估计方法

针对受未知干扰影响的一类非线性系统,提出一种基于滑模观测器和广义观测器的执行器故障和传感器故障估计方法.首先通过线性变换将原系统解耦为两个降阶的子系统,其中一个子系统受执行器故障和干扰的影响,另一个含有传感器故障和干扰,进一步将后一个子系统转化为广义系统.对两类子系统分别设计滑模观测器和广义观测器,给出估计误差一致最终有界的条件,得到系统状态和未知干扰的估计值.然后,利用等效输出控制原理重构执行器故障,引入干扰补偿保证重构算法的鲁棒性,再根据广义观测器的结果获得传感器故障的估计值.最后,通过计算机仿真验证了本文方法的有效性.     

飞机操纵面损伤的自适应容错控制设计

针对飞控系统实时控制和高可靠性的要求,提出一种飞控系统多操纵面损伤的在线容错控制算法.首先建立包含各种常见故障的操纵面参数仿真模型和故障注入仿真机制,其次由于故障的随机性,设计多个并行的在线观测器,对应于每个观测器模型建立一个基于特征结构配置的控制器.最后根据多个观测器和相应的控制器可完成系统在线故障隔离与重构.应用某型飞机横侧向控制系统进行仿真,得到了预期的效果.此方法设计简单合理,适于工程应用.     

Observer-based fault tolerant control for a class of nonlinear multi-agent systems with sensor faults

This article focuses on the robust fault tolerant control (FTC) problem for a class of Lipschitz nonlinear multi-agent systems(MASs) subject to sensor faults. Firstly, sensor faults are transformed into actuator faults via introducing a new intermediate auxiliary state variable, and a distributed adaptive fault estimation observer is designed to estimate the state information and the concerned faults by using the relative output estimation error. Then, the sufficient existence conditions for the observer to satisfy the robust performance index are given. Thirdly, based on the results of observer design, a new design method of dynamic output feedback controller is proposed to implement consensus of MASs and ensure the desired disturbance rejection performance. Finally, the simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed method.