不确定动态系统的执行器故障检测与重构

讨论不确定动态系统的执行器故障检测与重构问题.以滑模观测器为基础,利用状态和输出变换方法与奇异值分解方法相结合对系统进行降阶,提出一种鲁棒故障重构观测器.给出了优化滑模策略,并作了严格论证,保证对系统不确定性具有鲁棒性和跟踪系统状态的收敛性.应用等价输出控制的概念和设计的鲁棒故障重构观测器,获取故障信息并实现执行器故障的检测与重构.最后通过数值仿真验证了该方法的有效性和可靠性.     

控制领域的故障系统状态估计研究综述

随着系统变得越发复杂和庞大,故障的出现会直接或间接影响系统的性能,因此,针对故障系统的研究越来越引起学者们的关注。针对故障系统的故障特点,将故障系统分为执行器故障系统和传感器故障系统,并进一步分别概括出现有执行器故障系统和传感器故障系统的状态估计方法。针对每种系统的基本特点,分别介绍了相应的状态估计研究进展,适用条件和应用范围。最后综述了故障系统状态估计方法目前诚待解决的问题。     

具有不确定动态线性系统的鲁棒状态估计

本文研究了一类具有参数和噪声特性不确定线性系统的鲁棒状态估计问题。利用对策论思想,定义了能使不确定下最坏性能最好的极小极大鲁棒状态估计器,提出了一种简单的近似设计方法,即设计最坏对象的最优滤波器。给出了这种设计方法设计滤波器导致的性能误差边界,进一步指出当满足文中给出的鞍点条件时,最坏对象的最优滤波器就是极小极大鲁棒滤波器。     

一类不确定线性系统鲁棒状态估计器设计

本文对一类不确定线性系统给出了一种鲁棒状态估计器设计方法,其主要思想是对允许的系统扰动,通过设计估计器参数矩阵使增广系统的极点位于左半复平面指定圆形区内或指定直线的左侧,且稳态误差协方差阵不超过给定上限,给出了鲁棒估计器存在条件及其解的一般表达式。     

隐蔽式攻击下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计

研究隐蔽式攻击下网络化控制系统状态与执行器故障的联合区间估计问题.首先,根据隐蔽式攻击信号的特性,得到隐蔽式攻击信号的上下界信息;然后,将执行器故障视为增广状态,构造与原系统等价的增广系统,基于所得到的增广系统和隐蔽式攻击信号的上下界信息,利用$L_{infty     

不确定时滞系统增益型故障的检测与估计

针对一类不确定连续线性定常时滞系统,提出了一种执行器、传感器增益故障的鲁棒检测与估计策略。该类系统含有多状态与输出时滞,状态和输出方程上同时作用有非结构有界未知扰动。在Trunov和Polycarpou方法的基础上,设计了一种新的时滞系统自适应观测器用于检测并估计突变或缓变的增益故障。与Wang等针对线性无时滞不合输出扰动系统的工作相比,该结论更具一般性。理论分析表明,该方法对于未知扰动鲁棒,能够保证故障的估计,状态与输出估计偏差一致有界。数值仿真验证了方法的有效性。     

基于多元状态估计的引风机故障预警

引风机作为大型机械动力设备,它的安全性和可靠性非常重要,传统的故障检测方式是对设备进行故障诊断,这是一种事后检修方式,电站设备一旦因为故障停机,会带来财产损失,甚至会有人员的伤亡.因此如何用其他的方法在故障发生前发现设备出现问题——也就是实现故障预警,就显得尤为重要.本文以引风机为例,使用主成分分析法,小波降噪法优化数...     

延迟不确定马尔科夫跳变系统的执行器和传感器故障同时估计方法

针对具有参数不确定和延迟环节的马尔科夫跳变系统,在状态转移概率矩阵（Transition probability matrix,TPM）不确定的情形下,讨论了其执行器和传感器故障同时估计的方法.通过扩展系统状态,将系统转换为一个具有马尔科夫跳变参数的广义描述系统,基于此广义描述系统设计马尔科夫跳变观测器实现对其状态和传感器故障的估计.与此同时,还设计了一组自适应律对执行器故障进行在线调节.通过求解一组线性矩阵不等式最优化问题,得到观测器存在的充分条件.最后,针对两个数值实例,验证了所设计方法的有效性.     

具有不确定噪声的连续广义线性系统的鲁棒状态估计

本文讨论了一类具有不确定噪声的连续广义线性系统的鲁棒状态估计问题,文章提供了一种比较实用的状态估计方法．针对噪声不确定性,文章采用对策论的基本原理,导出了一种最小化不确定下最坏性能的极小极大鲁棒状态估计器．     

故障系统的状态估计

本文讨论故障系统的状态估计问题．文中给出了在故障检测滤波器误差方程基础上,利用未知输入观测器或逆系统算法,根据输出误差估计状态误差,从而得到故障系统状态的估计方法．文中还给出了一个数字仿真例子．     

基于观测器的发电机功角与故障估计

针对发电机功角与故障估计这个问题,提出一种利用观测器的方法.该方法通过对系统数学模型进行状态变换,将数学模型分为含故障与不合故障两部分.对不合故障部分设计观测器,然后经过状态变换可以得到功角信息.在故障估计过程中,通过增广误差系统设计增广观测器可以得到故障的幅值.最后通过Matlab仿真分析,验证基于观测器功角与故障估计方法的有效性,结果表明该方法具有速度快、误差小的优点.     

基于自适应阈值与扩张状态滑模观测器的AUV执行机构故障检测与估计

作为自主式水下机器人(AUV)的重要组成部分,执行机构的可靠性对系统的安全运行具有重要意义.本文以AUV六自由度模型为基础,提出了一种基于自适应阈值与扩张状态滑模观测器相结合的故障检测与估计机制.首先,本文将模型中除去控制输入的部分扩张成新的系统状态,得到估计值和实际值之间的残差;其次,针对执行机构的未知扰动,文章设计了一种改进的自适应阈值以监测残差的变化,进一步降低了误诊率与漏诊率;随后,文章在扩张状态的结构基础上设计滑模观测器,将观测器的增益求解转化为线性矩阵不等式(LMI)约束优化问题;最后,通过动态滑模面的设计实现了抖振的抑制并论证了该动态滑模面的收敛性,同时引入等效控制输出误差注入原理,实现了AUV执行机构的故障重构.仿真结果表明,本文所提方法对AUV执行机构的故障具有较好的检测灵敏度和估计精度.     

Adaptive output feedback control using fault compensation and fault estimation for linear system with actuator failure

The problem of linear systems subject to actuator faults（outage,loss of efectiveness and stuck）,parameter uncertainties and external disturbances is considered.An active fault compensation control law is designed which utilizes compensation in such a way that uncertainties,disturbances and the occurrence of actuator faults are account for.The main idea is designing a robust adaptive output feedback controller by automatically compensating the fault dynamics to render the close-loop stability.According to the information from the adaptive mechanism,the updating control law is derived such that all the parameters of the unknown input signal are bounded.Furthermore,a disturbance decoupled fault reconstruction scheme is presented to evaluate the severity of the fault and to indicate how fault accommodation should be implemented.The advantage of fault compensation is that the dynamics caused by faults can be accommodated online.The proposed design method is illustrated on a rocket fairing structural-acoustic model.     

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。     

具有执行器完整性的容错控制器设计

利用Ｌｙａｐｕｎｏｖ方程和广义逆理论,提出一种多变量控制系统设计方法。所设计的状态反馈控制器使得闭环系统的极点配置在一指定的圆形区域内,并且系统具有良好的动态特性,在执行器失效时仍能稳定,具有完整性,进而把结果广到传感器失效的情形。设计实例验证了该方法的有效性。