航空发动机被动容错控制系统鲁棒性设计

针对航空发动机发生故障时系统的容错能力问题,设计了基于特征结构配置方法的容错控制系统。首先分析了被动容错控制的特点和优点,然后采用特征结构配置的方法,在配置系统极点的同时,还配置系统的特征向量,并对系统进行重新调节以获得整个系统在故障发生后的稳定性与可靠性,给出了特征结构配置方法的具体设计步骤。最后,针对某型航空发动机的设计工况点模拟系统发生故障,即参数发生摄动时,对所设计的容错系统鲁棒性进行了分析计算。仿真算例结果表明,所设计的容错系统具有较好的抗干扰能力,即较好的鲁棒性。     

航空发动机喷口分油活门位移传感器容错控制研究

分析了出现喷口分油活门位移传感器故障时,通过开环设置电液伺服阀电流控制喷口面积存在的问题,在此基础上提出了一种容错控制方法,根据喷口面积期望值与实际测量值之间的误差闭环运算喷口控制电液伺服阀电流。通过全数字仿真和半物理模拟试验对该容错控制方法进行了验证,结果表明,该容错控制方法能够保证全权限数字电子控制系统稳定工作,并具有较好的稳态和动态性能,且实施方便,对提高航空发动机全权限数字电子控制系统的工作可靠性具有重要作用。     

一种基于知识的故障容错控制系统

根据工业设备现场的需要，将故障诊断与人工智能相结合开发了一种对设备故障具有自动检测、诊断和容错控制功能的专家系统。重点介绍了故障容错控制专家系统ＦＴＣＥＳ的基本结构及主要功能的实现方法。     

航空发动机控制系统

航空发动机是一个结构复杂、非线性强的多变量控制对象。随着航空发动机全权限数字式电子控制器的研制和应用,控制变量也随着发动机性能要求的不断提高而越来越多,本文介绍了发动机的多种控制系统及其实现方法。     

航空发动机故障信息管理系统的设计与实现

作为飞机上的核心部件，发动机因其结构复杂、工作条件严格、工作环境多变、易发生故障而失效，而由于其重要性，一旦造成事故就损失巨大。因此，进行发动机的可靠性管理研究是非常重要的。在分析了发动机可靠性管理研究需求的基础上，开发了基于ACCESS数据库的发动机故障信息管理系统，应用在某型发动机的可靠性研究中，取得了较好效果。     

鲁棒容错控制系统设计

本文考虑了观测器状态反馈控制系统的容错控制问题，提出了一种对传感器失效具有完整性的控制器设计方法，进而讨论了存在参数摄动的情况，给出了鲁棒容错控制器的设计步骤并用设计实例及仿真结果验证了该方法的有效性。     

航空发动机控制系统发展概述

介绍了航空发动机控制系统的组成和原理,回顾了航空发动机控制的发展历程,最后展望了航空发动机主动控制技术、分布式控制技术、多电/全电控制技术这三大关键技术的发展趋势。     

计算机图像实现航空发动机无损故障检测

航空发动机是一种工作在严苛工况下的设备,对其进行无损的故障检测可以有效的减少事故的发生。对无损检测法设计了良好的图像处理过程,结合candon变换的方法对发动机叶片故障进行了识别与检测。     

容错控制系统综述

本文讨论了故障系统的容错控制设计问题.对各种故障系统的容错控制设计方法,从其原理、特征及应用等方面作了详细的综述,主要包括各种故障的监测与隔离方法和各种容错控制器的设计方法.最后对容错控制系统设计的发展趋势作了简要介绍.     

航空发动机数控系统导叶容错控制研究

针对导叶传感器故障的问题,提出了一种采用增压比P3/P2控制导叶的航空发动机数控系统导叶容错控制方法。提出了导叶容错控制策略,给出了容错控制变量选择及控制规律确定的通用方法;建立了压比-导叶模型及伺服机构模型;在此基础上设计了控制器。对控制系统开展了仿真分析,结果表明,系统具有足够的稳定性和较好的动态特性,说明该控制策略及控制算法是可行和有效的。     

运行控制系统集中式容错控制方法

本文针对运行控制系统,建立了运行优化控制过程的双层结构模型.在此基础上,通过建立相应的自适应故障诊断算法,提出了保证在系统有故障和干扰时仍能渐近优化指标的集中式容错控制方法,利用李雅普诺夫稳定性理论分析了自适应故障诊断算法的构建.已证明:该方法通过调整已优化的设定值来保证在回路控制层出现故障时整个运行控制仍可收敛到其原有的优化控制效果.该方法属于非完备容错控制,仿真结果验证了所提方法的有效性.     

非线性系统主动容错控制综述

以故障发生部位为分类视角,分别从传感器故障、执行器故障及其他部件故障3个方面,较为详细地对近5年非线性系统主动容错控制的研究进展情况进行了归纳和总结,重点讨论了执行器故障的容错控制问题,并对所存在的问题与未来的发展趋势进行了探讨。     

双电机同步驱动伺服系统故障诊断与容错控制

本文针对双电机同步驱动伺服系统中执行器失效会导致系统性能下降甚至失稳的情况,提出了一种基于自适应滑模的故障诊断和容错控制策略.该方法通过设计各电机转速的自适应滑模状态观测器,在线估计各执行器的失效因子:当单个执行器部分失效时,通过自适应的方法调整控制器增益;当单个执行器全部失效时,重构系统的控制律.对于系统中存在非匹配不确定项的情况,提出在期望虚拟信号中引入基于扩张状态观测器的补偿项抑制方案;利用Lyapunov理论证明了闭环系统在正常和故障状况下的稳定性以及观测器的收敛性;仿真结果表明,所设计的控制策略能保证系统稳定跟踪指令信号,在单个执行器失效的情况下系统跟踪性能基本不下降.     

Robust adaptive fault estimation and fault tolerant control for quadrotor attitude systems

ABSTRACT

This paper addresses the problem of fault estimation and fault tolerant control for quadrotor unmanned aerial vehicle. Firstly, a robust adaptive fault estimation observer (AFEO) is proposed to achieve fault estimation of quadrotor with actuator fault in the presence of external disturbances and parameter uncertainties. Furthermore, based on the estimation of fault, a dynamic output feedback fault tolerant controller (DOFFTC) is designed to stabilise the closed-loop system with faults and uncertainties. Sufficient conditions for the existence of both AFEO and DOFFTC are given in terms of linear matrix inequalities. Finally, simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed strategy.     

Results and perspectives on fault tolerant control for a class of hybrid systems

This article addresses the fault tolerant control (FTC) issue for a class of hybrid systems (HS) modelled by hybrid automata. Two kinds of faults are considered: continuous fault that affects each continuous system mode; discrete fault that affects the switching conditions. In these two faulty cases, the FTC design has two main objectives: (1) maintain the continuous performances including various stabilities of the origin and the output tracking/regulation behaviours along the trajectories of HS; (2) maintain the discrete specifications that have to be followed by HS, e.g. a desired switching sequence. The following three FTC methodologies are considered: FTC for HS with continuous stability goal; FTC for HS with discrete specifications; supervisory FTC design via hybrid control techniques. Some perspectives are also provided. This article provides the readers a survey on the main techniques that can be used to achieve these FTC goals of HS.     

基于积分滑模的航天器有限时间姿态容错控制

针对存在执行机构故障和外部干扰的刚体航天器姿态稳定系统,本文提出了基于积分滑模的容错控制策略,实现了姿态有限时间稳定.首先,利用齐次系统相关理论,设计了一类饱和有界的基础控制律,保证了不存在执行机构故障和干扰情况下的姿态有限时间稳定.在此基础上,利用积分滑模和自适应技术设计了一种有限时间姿态鲁棒容错控制方案,对执行机构故障和干扰进行有效的补偿;该方案能够快速地实现姿态高精度稳定,并抑制系统抖振现象.最后,将本文提出的姿态容错控制方案进行数值仿真与对比,验证了方案的有效性与优越性.     

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.     

一类时延网络控制系统的骱容错保成本控制

针对具有时延和参数不确定性的网络控制系统的研究。考虑系统的时延小于一个采样周期,传感器是时钟驱动,控制器和执行器是事件驱动。当执行器发生故障时,研究网络控制系统的Hoo容错保成本控制。依据所描述情况建立系统模型,基于Lyapunov稳定性理论、容错控制理论和线性矩阵不等式（LMIs）处理方法,推导出网络控制系统是渐近稳定的,并且得出系统的Hoo容错保成本控制的充分条件和系统的保成本上界。实例仿真证明结论的有效性。     

Design of a fault tolerant control system incorporating reliability analysis and dynamic behaviour constraints

In highly automated aerospace and industrial systems where maintenance and repair cannot be carried out immediately, it is crucial to design control systems capable of ensuring desired performance when taking into account the occurrence of faults/failures on a plant/process; such a control technique is referred to as fault tolerant control (FTC). The control system processing such fault tolerance capability is referred to as a fault tolerant control system (FTCS). The objective of FTC is to maintain system stability and current performance of the system close to the desired performance in the presence of system component and/or instrument faults; in certain circumstances a reduced performance may be acceptable. Various control design methods have been developed in the literature with the target to modify or accommodate baseline controllers which were originally designed for systems operating under fault-free conditions. The main objective of this article is to develop a novel FTCS design method, which incorporates both reliability and dynamic performance of the faulty system in the design of a FTCS. Once a fault has been detected and isolated, the reconfiguration strategy proposed in this article will find possible structures of the faulty system that best preserve pre-specified performances based on on-line calculated system reliability and associated costs. The new reconfigured controller gains will also be synthesised and finally the optimal structure that has the ‘best’ control performance with the highest reliability will be chosen for control reconfiguration. The effectiveness of this work is illustrated by a heating system benchmark used in a European project entitled intelligent Fault Tolerant Control in Integrated Systems (IFATIS EU-IST-2001-32122).     

四旋翼无人机姿态系统的非线性容错控制设计

本文研究了四旋翼无人机执行器发生部分失效时的姿态控制问题.通过分析其动力学特性,将执行器故障以乘性因子加入系统模型,得到执行器故障情况下四旋翼无人机的姿态动力学模型.在同时存在未知外部扰动和执行器故障的情况下,设计了一种基于自适应滑模控制的容错控制器.利用基于Lyapunov的分析方法证明了所设计控制器的渐近稳定性.在四旋翼无人机实验平台上进行了实验,验证了该算法对存在未知外部扰动和执行器部分失效时四旋翼无人机的姿态控制具有较好的鲁棒性.