非线性动态系统的容错控制

首先概要介绍了非线性动态系统容错控制技术的发展现状;然后分类介绍了几种非线性系统的容错控制技术,重点分析了基于人工智能和参数估计的主动容错控制方法和基于Hamilton-Jacobi方程的非线性被动容错控制设计方法。对于其它的方法,则简要讨论了它们的适用范围和优缺点;并探讨了该领域的难点问题和可能的研究方向。     

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.     

容错控制理论及其应用

介绍了经典容错控制的主要研究成果及近年来发展起来的鲁棒容错控制和非线性系统的故障诊断与容错控制,并给出了容错控制的一些典型应用成果.最后,指出了该领域亟待解决的一些热点与难点问题.     

未知环境中移动机器人故障诊断与容错控制技术综述

以我国月球探测为研究背景,以轮式移动机器人为研究对象,介绍了在外星球表面等未知环境中进行深空探测的移动机器人的故障模型和传感器误差模型,分析了未知环境中移动机器人故障诊断与容错控制的特点.在此基础上综述了国内外在该领域的研究进展和主要方法,包括基于多模型的方法、基于粒子滤波器的方法、基于传感器信息融合的方法以及层次容错结构等. 最后,总结了该领域待解决的几个难点问题,并对该研究领域的发展趋势进行了展望.     

切换系统的同时故障估计与容错控制

当切换系统发生故障时,通常需要依次进行故障诊断和容错控制.为了提高切换系统故障诊断的可靠性和容错控制的及时性,本文提出一种同时故障估计与容错控制方法.针对满足平均驻留时间约束的线性切换系统,首先建立了基于状态观测器的同时故障估计与容错控制器,并将其设计问题转化为了加权H∞性能指标下增广误差系统的多目标求解问题.然后使用平均驻留时间技术和多Lyapunov函数方法设计了故障估计与容错控制器的参数,又通过松弛矩阵方法进一步得到了保守性较低的结果.最后,利用一个例子对本文所提方法进行了仿真,证实了该方法的有效性.     

基于逆系统多模型内模主动容错控制

针对现有非线性系统对故障容错的快速性和可靠性不足,从而导致容错失败的问题,为解决上述问题,研究了一类具有可能故障先验知识的非线性系统,提出了一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)建模的逆系统多模型内模主动容错控制方法.采用 LS-SVM 对系统正常以及各种先验故障情形的逆系统进行建模,构造系统的逆模型库,根据逆系统方法将逆模型与被控系统串联形成伪线性系统,设计具有良好鲁棒性能的内模控制器.系统在线运行时,监控决策机制基于对系统性能指标的仿真计算,结果表明在无需改变内模控制器的情况下达到对非线性系统故障容错的快速性和可靠性,证明方法的有效性.     

基于BP神经网络的矿井提升机自校正容错PID控制

针对矿井提升机系统故障时动态性能难以用传统的解析方法获得的问题,提出了一种基于BP神经网络的矿井提升机自校正容错PID控制方法。该方法通过BP神经网络在线学习跟踪提升机系统的动态特性来预测系统输出值,并应用自适应控制中的自校正PID构建容错控制器,实现提升机系统故障下的稳定容错控制。仿真结果表明,该方法在提升机系统故障情况下能迅速跟踪系统故障状态,在线调整PID参数,快速恢复系统性能。     

基于实时操作系统的故障诊断高可靠测控系统设计

针对地面测控系统的长期加电高可靠性设计需求,目前所采用的双机冗余方案缺少对系统软硬件状态考虑,在系统长期运行过程中存在冗余失效的可能性。针对该问题,提出来一种系统故障诊断与容错方法,对系统故障源如系统任务状态、CPU温度、CPU占用率、磁盘剩余空间、IO操作状态等异常进行了综合研究和分析。采用任务实时监测、最小二乘法以及哈希算法等关键技术和方法实现系统故障诊断与容错处理,经实际型号项目验证应用满足了系统对高可靠性需求的应用需求。     

基于神经网络的非线性系统故障检测及容错控制方法

利用神经网络的非线性建模能力，提出了一种非线性系统的故障检测及容错控制方法。在本方法中，首先应用神经网络设计故障估计器，在线估计系统故障向量，实现故障检测；在此基础上，引入补偿控制器，消除故障对系统运行的影响，从而实现容错控制。同时基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ方法进行了稳定性分析。     

旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制技术综述

对故障诊断和容错技术的发展过程进行了简要概述，以旋翼飞行机器人为研究对象，在分析了旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制特点的基础上，介绍了当前国内外在该领域的研究进展和主要方法．最后，总结了该领域待解决的难点问题，并指出了该研究领域的发展趋势．     

基于故障诊断观测器的输出反馈容错控制设计

针对自适应故障诊断观测器需要误差系统满足苛刻的严格正实条件(Strictly positive real, SPR)和难于处理输出存在扰动的不确定性系统等问题, 提出了一种新型的增广故障诊断观测器的设计方法, 不仅显著地拓宽了自适应故障诊断观测器的适用范围, 而且其具有处理系统扰动的良好性能. 在故障估计的基础上, 提出了动态输出反馈容错控制的设计方法, 避免了基于观测器的状态反馈容错控制的设计难点. 同时, 故障诊断观测器和输出反馈容错控制是分开设计的, 并且又考虑了各自的性能, 简化了设计过程. 最后, 通过仿真实验验证了所提方法的有效性.     

Fault tolerant control of a simulated hydroelectric system

This paper analyses the application of two fault tolerant control schemes to a hydroelectric model developed in the Matlab and Simulink environments. The proposed fault tolerant controllers are exploited for regulating the speed of the Francis turbine included in the hydraulic system. The nonlinear behaviour of the hydraulic turbine and the inelastic water hammer effects are taken into account in order to develop a high-fidelity simulator of this dynamic plant. The first fault tolerant control solution relies on an adaptive control design, which exploits the recursive identification of a linear parametric time-varying model of the monitored system. The second scheme proposed uses the identification of a fuzzy model that is exploited for the reconstruction of the fault affecting the system under diagnosis. In this way, the fault estimation and its accommodation is possible. Note that these strategies, which are both based on identification approaches, are suggested for enhancing the application of the suggested fault tolerant control methodologies. These characteristics of the study represent key issues when on-line implementations are considered for a viable application of the proposed fault tolerant control schemes. The faults considered in this paper affect the electric servomotor used as a governor, the hydraulic turbine speed sensor, and the hydraulic turbine system, and are imposed both separately and simultaneously. Moreover, the complete drop of the rotational speed sensor is also analysed. Monte-Carlo simulations are also used for analysing the most important issues of the proposed schemes in the presence of parameter variations. Moreover, the performances achieved by means of the proposed solutions are compared to those of a standard PID controller already developed for the considered model. Finally, these strategies serve to highlight the potential application of the proposed control strategies to real hydraulic systems.     

FTT—1：一个基于硬件的故障注入器的设计与实现

故障注入是评价计算机系统可信性的一种重要的试验方法。构造故障注入器是故障注入研究中的一人重要组成部分。此文介绍了ＦＴＴ－１，一个基于硬件的故障注入器的设计与实现。文章讨论了设计与实现硬件故障注入器的关键技术，并介绍了在ＦＴＴ－１的实现中解决这些关键技术的方法。试验结果证明了ＦＴＴ－１用于评价容错计算机系统可信性的有效性。     

系统集成中的容错设计问题

对系统集成中的容错设计进行了较为全面的分析,指出了系统集成时需要综合考虑的各种错因素,另外,对系统集成提出了一系列的容错措施,以期达到提高系统容错能力的目的。     

数据驱动的故障诊断与容错控制:进展与可能的新方向

综述数据驱动的故障诊断与容错控制方法的主要进展. 首先对工业过程故障检测与诊断简短的进行了简短的总结, 然后讨论了广泛应用的数据驱动或基于知识的方法. 本文还给出了一个由控制系统设定值设定不合适而引起的异常工况的诊断与容错控制的工业应用案例. 最好指出了可能的研究新方向.     

基于FTA的智能型故障诊断方法研究

故障诊断是人工智能的一个重要研究内容。在对故障树分析法的相关概念进行必要阐述后,就基于故障树分析法的智能型故障诊断方法进行了深入的分析与探讨,指出FTA与其它人工智能技术相结合,建立高效、实用的故障诊断系统是故障诊断技术的主要发展方向之一。     

基于坐标变换的径向主动磁悬浮轴承容错控制

针对安装3个位移传感器的六极径向主动磁轴承,研究了基于坐标变换的位移传感器容错控制算法;在电流分配矩阵重构法的基础上,提出了基于坐标变换的执行器容错控制算法;并将这两种算法结合,提出了基于坐标变换的位移传感器和执行器容错控制算法;最后,在一个两自由度径向主动磁轴承实验台上对该容错控制算法进行了实验研究.实验结果表明,采用新容错控制算法可以最多在1个传感器故障和3个励磁线圈同时故障的情况下实现转子的稳定悬浮.     

故障传播有向图的故障定位研究

电路的故障诊断在实际工程应用中占有重要地位,而故障定位是电路故障诊断的主要内容.对故障定位的方法进行了详尽的研究.首先建立故障传播有向图,获取邻接矩阵;然后依据Warshall算法求得可达矩阵;最后将层次性分解技术、约束传播技术和中间寻优技术相结合对电路进行故障定位,实现了电路的故障诊断.应用结果表明,该方法方便、快速、可行,对复杂系统效果尤其明显.     

基于故障仿真的诊断知识获取关键技术研究

利用PSPICE软件进行电路器件的仿真,并以故障仿真方法获取诊断知识,可部分代替经验故障数据积累和人工实际故障模拟方法建立故障诊断知识库,解决电子设备尤其是故障知识贫乏的新型装备的维修诊断过程中的故障现象、数据获取和故障知识库建立过程困难和对专业知识的依赖性等问题.对复杂电子装备电路板级故障仿真的关键技术:测试对象的仿真建模,仿真故障注入技术,测试节点优选技术和测试集优化策略进行研究,将其应用于地炮情报射击指挥系统仿真实验平台,并给出实例分析.     

Novel MPC‐Based Fault Tolerant Tracking Control Against Sensor Faults

The problem of active fault‐tolerant tracking control with control input and system output constraints is studied for a class of discrete‐time systems subject to sensor faults. A time‐varying fault‐tolerant observer is first developed to estimate the real system state from the faulty sensor output and control input signals. Then by using the estimated state at each time step, a model predictive control (MPC)‐based fault‐tolerant tracking control scheme is presented to guarantee the desired tracking performance and the given input and output constraints on the faulty system. In comparison with many existing fault‐tolerant MPC methods, its main contribution is that the proposed state estimator is designed by the simple and online numerical computation to tolerate the possible sensor faults, so that the regular MPC algorithm without fault information can be adopted for the online calculation of fault‐tolerant control signal. The potential recursive infeasibility and computational complexity due to the faults are avoided in the scheme. Additionally, the closed‐loop stability of the post‐fault system is discussed. Simulative results of an electric throttle control system verify the effectiveness of the proposed method.