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H_/H∞未知输入观测器的线性切换系统故障检测

利用H_/H_∞未知输入观测器方法研究线性切换系统的故障检测问题.将未知输入干扰分解为可解耦和不可解耦两部分,从估计误差中消除可解耦部分,再使用加权H_/H_∞混合性能指标表示剩余未知输入和故障对残差的影响,将故障检测问题等价为加权H_/H_∞未知输入观测器设计问题.根据平均驻留时间技术和多Lyapunov函数方法设计了故障检测器参数,并利用松弛矩阵方法得到了进一步的结果.通过一个仿真例子对所提出方法进行了验证.     

Lipschitz非线性系统的H_/L∞故障检测观测器设计

针对Lipschitz非线性系统提出了一种基于H_-/L_∞故障检测观测器的设计方法.首先,利用有限频域的H_-指标来刻画观测器生成残差的最小故障敏感度,利用未知干扰到残差的L_∞范数来描述残差对干扰的鲁棒性能.其次,提出了基于L_∞范数性能指标的残差评价与动态阈值生成方法.此外,给出了H_-/L_∞故障检测观测器的存在条件并整理成线性矩阵不等式.最后,仿真算例验证了本文所提方法的正确性与有效性.     

基于UIOs的风力机传动系统多故障诊断

风力机故障诊断通过对机组运行数据进行提取、估计,以辨别出故障并获得故障信息.但目前风力机故障检测大多考虑单个故障发生的情况,而实际工程中无法避免多故障同时发生.通过设计未知输入观测器组,解决了风力机传动系统执行器和传感器的多故障诊断及隔离.针对不同故障类型各设计一组未知输入观测器.观测器组中的每个未知输入观测器产生一个残差信号,该残差不敏感于相应故障,但敏感于其他故障.通过对比观测器组中的残差信号可实现单一或多故障诊断.建立风力机传动系统故障模型,仿真分析得出该方法具有可行性.     

基于观测器的非线性不确定系统鲁棒故障检测新方法

针对非线性不确定系统的鲁棒故障检测问题,提出了一种采用统计理论的新方法.通过设计全阶故障观测器产生残差信号,将鲁棒故障检测观测器设计问题转化为H∞优化问题;利用H∞范数描述故障检测的鲁棒性,保证系统的抗干扰能力,同时引入H_范数,确保对故障信号的灵敏度;应用线性矩阵不等式技术给出了该设计问题解存在的条件和求解方法.将统计理论用于故障检测阈值的确定,充分考虑了残差信号的随机特性,使故障决策更加准确和可靠.最后通过仿真实例验证了本文方法的有效性.     

一种基于最优未知输入观测器的故障诊断方法

针对含有未知输入干扰和噪音的不确定动态系统,使用全阶未知输入观测器(Unknown input observer, UIO)来消除干扰项,实现状态估计, 结合Kalman滤波器算法来求解状态反馈矩阵,以使得输出残差信号的协方差最小,从而增强系统对噪声的鲁棒性,实现了 一种基于最优未知输入观测器的残差产生器.采用极大似然比(Generalized likelihood ratio, GLR)的方法对残差信号进行评估,通过设定的阈值来提高诊断率. 最后以风力发电机组传动系统出现加性传感器故障和乘性传感器故障为例, 进行了残差信号的仿真,仿真结果说明了该方法的有效性.     

离散Lipschitz非线性系统状态和未知输入估计

针对含有未知输入和可测噪声的离散Lipschitz非线性系统,研究了状态估计、未知输入以及可测噪声同时估计的问题.首先,对含有未知输入的系统,设计了比例积分观测器,达到同时估计系统状态和未知输入之目的.分析了残差系统的观测性和稳定性,利用H_∞实现该观测器对时变未知输入的有效估计;其次,将观测器增益矩阵的求解转化为求解线性矩阵不等式的形式;进一步地,基于系统状态扩展方法,将所提方法推广至同时含有未知输入和可测噪声的系统;最后,通过两个仿真算例说明了所提方法的正确性和有效性.     

基于未知输入观测器的非线性系统故障诊断

针对一类含未知输入和执行器故障的非线性系统,提出基于未知输入观测器的故障诊断算法,改进了Luenberger故障诊断观测器对系统出现未知扰动时的不足.利用广义逆方法,将未知输入从残差信号中完全解耦,通过产生对故障高敏感性以及对未知扰动强抗扰动性的观测器实现系统的故障诊断,并通过Lyapunov函数用线性矩阵不等式保证了系统稳定性.     

具有多测量数据包丢失的线性离散时变系统故障检测滤波器设计

研究存在多数据包丢失现象的线性离散时变系统有限时间域内故障检测滤波器(Fault detection filter, FDF)设计问题. 在数据包具有时间戳标记的条件下, 设计基于观测器的FDF作为残差产生器, 构造两类FDF. 其一为H-/H∞-FDF或H∞/H∞-FDF. 定义故障到残差和未知输入到残差的广义传递函数算子, 将此类FDF设计问题转换为随机意义下H-/H∞ 或H∞/H∞性能指标优化问题. 其二为H∞-FDF, 将此类FDF设计问题转化为随机意义下的H∞滤波问题. 采用基于伴随算子的H∞优化方法, 通过求解递推Riccati方程, 得到上述两类FDF设计问题的解析解. 通过算例验证所提方法的有效性.     

一类时滞LPV系统的鲁棒故障检测

研究一类具有参数依赖时滞的线性参数变化系统的鲁棒故障检测问题,使残差信号和故障信号之问的误差最小,同时提高残差信号对控制输入和未知输入信号的鲁棒性．基于依赖于时变参数的滤波器构造残差产生系统,利用H∞控制理论将故障检测滤波器的设计归结为H∞滤波问题,应用线性矩阵不等式技术得到了此类系统鲁棒故障检测滤波器存在的充分条件．数值仿真表明所提方法是可行的．     

奇异Markov跳跃系统的鲁棒故障检测

研究受L2有界未知输入影响的一类奇异Markov跳跃系统的鲁棒故障检测问题。采用基于观测器的故障检测滤波器（FDF）作为残差产生器,将故障检测滤波器的设计归结为随机意义下的H∞滤波问题。推导并证明了问题可解的充分条件,并通过求解线性矩阵不等式得到了故障检测滤波器参数矩阵的解。算例验证了所给算法的有效性。     

一类连续时间Markov跳跃系统鲁棒H_∞故障估计

研究了受L_2范数有界未知输入影响的一类线性连续时间Markov跳跃系统鲁棒H_∞故障估计问题.应用自适应观测器作为故障估计器,将鲁棒H_∞故障估计问题归结为随机H_∞滤波问题.推导并证明了问题可解的充分条件,并通过求解线性矩阵不等式得到了H_∞故障估计器参数矩阵的解.最后,数字算例验证了所提方法的有效性.

Abstract：

The problem of robust H_∞ fault estimation is studied for a class of continuous-time Markovian jump systems with L_2 norm bounded unknown input.By using an adaptive observer as a fault estimator, the design of robust H_∞ fault estimator is formulated as a stochastic H_∞ filtering problem.A sufficient condition for the existence of a robust H_∞ fault estimator is derived by applying matrix inequality technique, and a solution to the parameter matrices of the fault estimator can be obtained by solving a set of linear matrix inequalities.A numerical example shows the effectiveness of the proposed method.     

一类非线性时滞系统的H_∞鲁棒故障检测滤波器设计

研究一类受时变时滞影响的非线性不确定系统H∞鲁棒故障检测滤波器设计问题.首先采用基于观测器的故障检测滤波器作为残差产生器,将故障检测滤波器设计归结为H∞滤波问题;然后应用Lyapunov-Krasovskii方法,推导并证明了问题可解的依赖时滞的充分条件,通过求解线性矩阵不等式得到了观测器增益矩阵的解;最后通过算例验证了所提出方法的有效性.     

采样数据系统故障检测的H∞方法

提出一种对采样数据系统进行故障检测的H∞方法.首先构造离散时间故障检测系统,分析残差产生器的动态特性.然后从故障检测的角度引入算子,定量考察连续时间未知输入信号和故障信号对离散时间残差信号的影响.最后优化残差产生器的参数,使得故障检测系统对未知输入具有较强的鲁棒性,同时对故障具有较高的灵敏度.     

非均匀采样数据系统的故障检测

针对目前涉及较少的非均匀采样数据系统故障检测研究,研究了一类基于观测器的故障检测滤波器设计问题;对于非均匀采样数据系统,首先利用提升技术推导出系统的提升状态空间模型,然后选用基于未知输入观测器的故障检测滤波器来作为残差产生器;同时给出一种故障检测滤波器设计的H_∞最优化设计方法,并给出其最优解及存在条件;最后通过一个示例进行验证,结果证明了该方法的有效性;该方法能够有效地实现对非均匀采样数据系统的故障的检测。     

数据包丢失的无线网络控制系统的故障检测

针对一类具有数据包丢失的无线网络控制系统,根据数据包丢失和未丢失的情况,同时结合无线网络控制系统数据传输过程中时延的特点,设计了具有时延补偿功能的鲁棒H∞观测器进行故障检测。当系统未发生故障且不存在未知扰动时,系统是稳定的,当存在未知扰动时,系统满足一定的H∞性能。为了及时检测系统的故障并减小系统故障的误报率,设计了残差评价信号,当系统发生故障,残差评价信号即刻超过指定值,系统检测出故障。所得结果通过仿真示例得到了验证。     

基于未知输入观测器的导弹间歇故障诊断

针对带有未知扰动和噪声的导弹间歇故障诊断问题,设计了一种基于未知输入观测器的导弹问题故障诊断方法,系统的输入部分或全部未知情况下也能获取系统状态的称为未知输入观测器.首先,为实现对外部扰动的解耦,设计降维未知输入观测器,并通过滑动时间窗口得到对间歇故障敏感而对未知扰动解耦的残差信号;然后,在满足误报率和漏报率的条件下,通过假设检验,确定了间歇故障发生时刻和消失时刻的可检测阈值;最后,对所提出的方法进行了仿真验证.仿真结果表明,在误差允许的范围内,设计的方法能够实现对间歇故障检测,满足实时性和准确性的要求.     

马尔可夫跳变系统基于观测器的有限时间容错控制

针对具有一般不确定转移速率的单边Lipschitz Markovian跳变系统,设计了有限时间故障估计观测器和容错控制器.首先,提出一种自适应的有限时间故障估计观测器,它对未知输入具有鲁棒性,能够同时估计出系统的状态、执行器故障和传感器故障,并确保了误差系统的H_∞有限时间有界.然后,基于所估计的状态和执行器故障,提出一种有限时间故障容错控制方法确保闭环系统H_∞有限时间有界.通过线性矩阵不等式的形式,给出了所设计的有限时间观测器和控制器存在的充分条件.最后,通过一个仿真实例,验证了所提方法的有效性.     

基于自适应未知输入观测器的非线性动态系统故障诊断

针对以往故障诊断研究中要求故障或故障导数及系统干扰的上界是已知的不足,以及难以同时诊断执行器故障和传感器故障的问题,提出一种自适应未知输入故障诊断观测器,能够同时重构非线性动态系统的执行器故障和传感器故障.首先,利用H_∞性能指标抑制未知输入对故障重构的影响,采用Lyapunov泛函得到观测误差动态系统的稳定性;然后,通过线性矩阵不等式求解观测器增益阵,并实现故障重构;最后,通过直流电机系统的仿真验证了所提出方法的有效性.     

一类线性Markov 跳跃区间时滞系统的 鲁棒??∞ 故障检测滤波器设计

研究一类线性Markov跳跃区间时滞系统的鲁棒H∞故障检测滤波器设计问题.采用基于自适应观测器的故障检测滤波器作为残差产生器,将鲁棒H∞故障检测滤波器设计问题归结为随机H∞滤波问题.应用Lyapunov-Krasovskii方法,通过引入松弛矩阵推导证明了问题可解的时滞依赖充分条件,并进一步通过求解线性矩阵不等式给出了故障检测滤波器参数矩阵的解.仿真算例验证了所提出方法的有效性.