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.     

非线性系统故障诊断与容错控制技术

在分析非线性系统故障诊断与容错控制技术特点的基础上,研究了该技术在国内外的研究进展和主要方法.同时,比较了几种常见故障诊断和容错控制方法的特点.最后总结了非线性系统故障诊断与容错控制领域亟待解决的几个重点和难点问题,并对该研究领域的发展趋势进行了展望.     

气动执行器故障诊断与容错控制的研究进展

分析了气动执行器的特性和可能发生的故障，及其故障诊断与容错控制难以实现的原因。综述了气动执行器的故障诊断技术以及容错控制研究的情况。给出了气动执行器故障诊断与容错控制今后的主要研究动向。     

双电机驱动伺服系统的反推自适应控制

针对存在未知齿隙等非线性的双电机驱动伺服系统的控制问题,给出了双电机驱动伺服系统的模型,应用反推控制方法,引入虚拟控制量的概念,通过逐步递推选择Lyapunov函数,在不用知道系统内部不确定性参数的前提下,设计了基于状态反馈的自适应控制器,并进行了稳定性分析.通过与常规PID控制的仿真结果比较,表明提出的控制策略提高了系统的位置跟踪性能和鲁棒性.最后在实际系统中进行实验,结果表明所提出的控制策略是有效的.     

双电机驱动伺服系统的Backstepping自适应控制

针对存在未知齿隙等非线性的双电机驱动伺服系统的控制问题,给出了双电机驱动伺服系统的模型,应用Backstepping方法,引入虚拟控制量的概念,通过逐步递推选择Lyapunov函数,设计了基于状态反馈的自适应控制器,进行了稳定性分析。仿真结果表明,所提出的控制策略不需要知道系统内部不确定性参数,控制系统具有良好的位置跟踪性能和较强的鲁棒性。     

双离合器自动变速器故障诊断及容错控制

针对双离合器自动变速器的系统组成,应用冗余法、搭建诊断电路法、极值法,制定包括传感器、执行机构、控制器和被控对象在内的故障诊断策略,并开发了车辆行驶状态下的在线综合故障诊断程序.将各故障分为不同等级,提出相应的容错控制方法,使车辆在发生故障时能最大限度地保持继续行驶的能力.最后,对部分典型故障下的双离合器自动变速器起步...     

翻车机双电机同步驱动自适应控制研究

翻车机运转过程中要求两个驱动电机同步运行,为了达到较好的同步效果又不影响电机的寿命,以翻车机中两个驱动电机为研究对象,针对翻车机双驱动同步控制的问题.提出一种自适应控制算法.用电气控制的方法代替传统的强制同步,通过自适应理论设计控制器.经过自适应律产生的反馈作用来修改主电机和从电机控制器的参数,产生辅助控制量,使两电机的角速度保持一致.仿真结果表明,该控制方案抗干扰性强,收敛速度较快,能够较好地满足被控对象对高精度的要求.     

基于变结构模型参考自适应的双绕组永磁容错电机转子位置估计算法

双绕组永磁容错电机综合考虑了单电机和双余度容错控制系统的优缺点,适用性更强.根据双绕组三相永磁容错电机的基本结构和数学模型,讨论电机在无故障和绕组开路及短路故障情况下不同的容错控制策略.在进行转子位置估计时,将传统的滑模变结构(SMO)控制与模型参考自适应(MRAS)控制相结合,同时采用双正切函数代替符号函数以降低滑模抖动现象,准确地估算出电机在正常和故障情况下的转子位置信息.     

一类非线性系统的故障重构与容错控制

针对一类满足Lipschitz条件的仿射非线性系统,提出一种执行器故障重构与容错控制方法。通过非奇异变化矩阵对系统进行降阶,设计出滑模故障重构观测器,优化滑模策略,使滑模故障重构观测器渐进估计系统的状态,并给出稳定性分析。运用等价输出控制方法直接获取故障信息,实现执行器故障的检测与重构。设计出主动容错控制器,通过补偿控制,完成执行器故障的容错控制。最后通过数值仿真验证了方法的可行性与有效性。     

航空发动机容错控制系统设计

航空发动机是一个结构复杂、非线性强的多变量控制对象.控制系统的高可靠性是最重要的技术指标之一.而容错控制为提高系统的可靠性、可维护性和有效性开辟了一条新途径.文中介绍了基于航空发动机容错控制的基本原理和方法,研究了控制系统在反馈信号故障情况下的容错控制问题,该系统可以对失效的检测数据做出实时估计并反馈信号,从而达到对故障容错的目的.     

具有执行器故障的四旋翼无人机有限时间容错控制

本文主要研究了四旋翼无人机在外部干扰、执行器存在部分失效和偏置故障并发情况下有限时间轨迹跟踪的控制问题. 通过分析四旋翼无人机动力学特性, 构建了带有外部干扰、执行器机构故障的动力学模型. 基于鲁棒全局快速终端滑模控制算法, 设计了一种有限时间容错控制器, 提高了系统对故障的响应速度. 其次, 针对常值/时变故障和干扰,在控制器设计中采用改进的连续函数进行补偿, 减少了由切换函数引起的系统抖振, 并基于Lyapunov函数对控制器的稳定性进行了分析. 最后, 通过仿真实验验证了所设计控制器的有效性和可靠性, 同时存在执行器故障和外部干扰的情况下, 无人机能够实现较好的轨迹跟踪性能.     

倾转式三旋翼无人机的自适应鲁棒容错控制

本文针对受到外界未知扰动和模型不确定性影响的倾转式三旋翼无人机,研究了其在尾部舵机发生堵塞故障时的容错控制问题.通过对倾转式三旋翼无人机姿态动力学特性的分析,将尾部舵机堵塞故障加入到力矩解算方程中.基于自适应反步法和非奇异终端滑模控制,提出了一种不需要故障诊断的鲁棒容错控制设计.利用基于Lyapunov的分析方法证明了闭环系统的稳定性,以及姿态误差的渐近收敛性质.通过在三旋翼无人机半实物仿真平台的实时实验以及与滑模控制器的对比,验证了该算法在无人机尾部舵机发生堵塞故障时,对姿态运动具有较好的控制效果.     

Actuator fault‐tolerant control (FTC) design with post‐fault transient improvement for application to aircraft control

A robust fault‐tolerant control scheme is proposed for uncertain nonlinear systems with zero dynamics, affected by actuator faults and lock‐in‐place and float failures. The proposed controller utilizes an adaptive second‐order sliding mode strategy integrated with the backstepping procedure, retaining the benefits of both the methodologies. A Lyapunov stability analysis has been conducted, which unfolds the advantages offered by the proposed methodology in the presence of inherent modeling errors and strong eventualities of faults and failures. Two modified adaptive laws have been formulated, to approximate the bounds of uncertainties due to modeling and to estimate the fault‐induced parametric uncertainties. The proposed scheme ensures robustness towards linearly parameterized mismatched uncertainties, in addition to parametric and nonparametric matched perturbations. The proposed controller has been shown to yield an improved post‐fault transient performance without any additional expense in the control energy spent. The proposed scheme is applied to the pitch control problem of a nonlinear longitudinal model of Boeing 747‐100/200 aircraft. Simulation results support theoretical propositions and confirm that the proposed controller produces superior post‐fault transient performance compared with already existing approaches designed for similar applications. Besides, the asymptotic stability of the overall controlled system is also established in the event of such faults and failures. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

航天器执行机构部分失效故障的鲁棒容错控制

针对航天器在轨运行时受到外部干扰以及存在执行机构部分失效故障的问题,提出一种基于白适应滑模控制的鲁棒容错控制方法．该方法利用自适应算法估计执行机构故障的最小值,并通过设计滑模变结构控制器来实现对故障的容错控制以及对干扰的抑制控制,无需精确获得执行机构故障值,从而使得设计的控制器对于故障具有一定的鲁棒性．仿真结果表明了该...     

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.     

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.     

Passive actuator fault tolerant control for a class of MIMO nonlinear systems with uncertainties

Fault tolerant control of affine class of multi-input multi-output (MIMO) nonlinear systems has not received considerable attention of researchers compared to other class of nonlinear systems. Therefore, this paper proposes an adaptive passive fault tolerant control method for actuator faults of affine class of MIMO nonlinear systems with uncertainties using sliding mode control . The actuator fault is represented by a multiplicative factor of the control signal which reflects the loss of actuator effectiveness. The design of the controller is based on the assumption that the maximum loss level of the actuator effectiveness is known. Furthermore, since the proposed controller is adaptive, it does not require any a-priori knowledge of the uncertainty bounds. The closed-loop stability conditions of the controller are derived based on Lyapunov theory. The effectiveness of the proposed controller is demonstrated considering two examples: a two degree of freedom helicopter and a two-link robot manipulator and has been found to be satisfactory.     

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。