不确定奇异随机分布系统的故障诊断和容错控制

针对带有概率密度函数逼近误差的非高斯不确定奇异随机分布控制系统提出鲁棒故障诊断算法,在有模型不确定性和概率密度函数逼近误差的情况下设计故障诊断观测器估计故障信息。故障发生后,利用故障信息重构跟踪控制器使得输出概率密度函数仍能够跟踪期望概率密度函数。利用李雅普诺夫稳定性理论分析观测误差动态系统、闭环控制系统和跟踪误差动态系统的稳定性,相应的增益矩阵由线性矩阵不等式求解。仿真实例验证了算法对时变故障的有效性。     

条件点错误情况下交叉立方体中哈密顿圈的存在性讨论

交叉立方体的容错性研究备受学者关注.本文在条件节点错（每一个健康节点至少还有其它两个健康节点与之相邻）的条件下,证明了n（n≥4）维交叉立方体中错误节点的个数达到2n-7个时哈密顿圈的存在性.     

模拟VLSI电路故障诊断的子带特征提取方法

为了降低模拟电路参数型故障的测试难度,提出了一种基于奥克塔夫(Octave)-Haar小波结构的模拟VLSI电路故障诊断方法。将测试响应经小波滤波器组完成子带滤波,随后对各子带滤波序列计算故障子序列与正常子序列的互相关系数,对每一故障,可确定出互相关系数最小的子带,并将此数值作为该故障的特征,对应子带的正常响应序列的自相关系数作为无故障特征,用故障特征与正常特征的对比可诊断故障。对国际标准电路的实验表明,该方法对参数型故障的诊断已具有高分辨率。     

基于容错逆变器的永磁同步电机直接转矩控制

提出一种具有容错能力的最小开关逆变器，对采用该容错逆变器取代常规六开关逆变器的永磁同步电机（PMSM）直接转矩控制（DTC）系统进行了深入研究.当容错逆变器的开关器件发生故障或电机发生故障时，此逆变器可重构为2种四开关逆变器.进一步建立了四开关逆变器的模型，提出了针对故障隔离后四开关逆变器供电的PMSM系统的新型DTC策略.对正常及故障状态下容错逆变器供电的PMSM DTC系统进行了仿真研究和实验验证.结果表明，基于容错逆变器的PMSM系统在故障状态下采用新型逆变器拓扑结构以及新型DTC策略后，可持续稳定运行，并保持了良好的动态性能.     

Fault diagnosis and fault-tolerant control of photovoltaic micro-inverter

An observer-based fault diagnosis method and a fault tolerant control for open-switch fault and current sensor fault are proposed for interleaved flyback converters of a micro-inverter system. First, based on the topology of a grid-connected micro-inverter, a mathematical model of the flyback converters is established. Second, a state observer is applied to estimate the currents online and generate corresponding residuals. The fault is diagnosed by comparing the residuals with the thresholds. Finally, a fault-tolerant control that consists of a fault-tolerant topology for the faulty switch and a simple software redundancy control for the faulty current sensor, is proposed to achieve a fault-tolerant operation. The feasibility and effectiveness of the proposed method has been verified by simulation and experimental results.     

基于容错指标的空间单冗余机械臂结构综合

为了增大机器人锁定故障关节后的容错空间,提高机械臂的容错性能,运用容错因子作为容错性能指标对机械臂进行了结构综合.基于反映机械臂相对容错性能的容错空间影响因子,提出冗余度机械臂结构参数的最优设计方法,该方法可以用来确定使机械臂具有最佳容错操作性能的臂长参数.利用空间4R机械臂的仿真实例证明了其有效性.     

执行器故障与饱和受限的航天器滑模容错控制

针对航天器姿态控制过程中同时存在执行器故障、安装偏差与控制受限的多约束问题,提出一种基于积分滑模面的自适应鲁棒姿态容错控制方法,所设计的控制器在满足执行器控制能力的饱和受限约束的条件下确保系统稳定;同时,通过引入控制参数在线自适应学习策略以提高对干扰、安装偏差以及故障变化的鲁棒性,进而减小对这些信息的依赖能力,并基于Lyapunov方法分析了系统稳定性.通过数值仿真结果表明,提出的自适应积分滑模容错控制算法能有效的保证执行器故障时航天器姿态控制系统的稳定性,并具有较强的鲁棒性.     

一种故障干扰解耦的航天器主动容错控制方法

为提高航天器系统的可靠性,研究一种干扰影响下的航天器主动容错控制技术. 首先,为实现干扰下的故障诊断,减小航天器系统故障检测到故障估计之间的时间延迟,通过将故障扩展为系统状态量,设计未知输入观测器,进行航天器故障检测及估计单元一体化设计. 其次,考虑到此方法无法实现对干扰的估计,且仅能解决可导的故障类型,进一步设计新型的自适应滑模未知输入观测器,能够保证对干扰及故障的同时解耦估计,也可以解决更广泛的故障类型. 最后,考虑观测器观测过程中的估计误差,设计了多变量终端滑模容错控制器,提高了控制性能. 仿真结果表明:所设计的主动容错控制策略能够实现干扰影响下的故障诊断,可以保证航天器控制性能的快速恢复.     

基于二型模糊大脑情感学习控制器的双足机器人容错控制研究

为提高双足机器人行走的控制精度,提出利用二型模糊大脑情感学习控制器对双足机器人进行容错控制.该方法利用控制器的非线性估计模块估计双足机器人的系统故障和建模误差信息,并由计算转矩控制器和鲁棒控制器实现容错控制以解决外部扰动引起的系统不稳定问题.利用Matlab对两个案例进行仿真结果表明,该方法在双足机器人出现系统故障和外部出现扰动的情况下,仍能良好地估计出控制器的输入值,使双足机器人正常运行.因此,该方法对提高双足机器人的容错控制精度及轨迹跟踪的可靠性具有很好的参考价值.     

基于脉冲注入的输电线路故障测距法

在故障线路的始端或末端注入脉冲信号并记录脉冲的波形,通过对波形的分析计算实现故障定位。对永久性接地故障,该方法可实现故障选相并进行定位。仿真表明,该方法不受系统阻抗及过渡电阻的影响,具有很高的精度。     

Safety architecture of internet based multi-robot teleoperation system

Safety subsystem is one of the important parts in robot teleoperation system. In this paper, a safety architecture of safety subsystem in Internet based multi-operator-multi-robot （MOMR） teleoperation system is presented. The subsystem is divided into three layers in its logic architecture： interactive monitor layer, collaborative control layer and real-time control layer. The safety problems and the related strategy are clarified by detailed analysis of each layer and relationship among the layers. So we can obtain a high performance MOMR teleoperation system with multi-layer safety architecture.     

变体飞行器传感器故障在线主动容错控制

为保证变体飞行器在传感器故障情况下的稳定飞行性能和良好跟踪效果,提高故障诊断准确度和容错控制能力,针对变体飞行器传感器故障诊断与容错控制问题,提出一种基于考虑属性可靠度的置信规则库(BRB-r)专家系统在线主动容错控制方法。首先,给出变体飞行器的气动参数模型和纵向非线性动力学模型,综合考虑外界扰动和传感器故障,利用最小二乘拟合方法和雅克比线性化方法,建立变体飞行器的切换线性变参数(LPV)故障模型;然后,基于BRB-r专家系统构建变体飞行器传感器故障诊断与容错控制模型,通过统计方法对传感器监测指标进行可靠性分析,并引入证据推理(ER)解析算法,提高故障诊断精度和容错控制效果;最后,利用基于投影算子的协方差矩阵自适应优化策略(P-CMA-ES)算法优化故障诊断与容错控制模型,降低系统的复杂度,提高了故障诊断效率。仿真结果表明,变体飞行器传感器故障诊断精度能够达到98.75%,当传感器故障程度小于50%时,所提方法能够有效克服传感器故障和外界扰动,保证变体飞行器的稳定飞行,具有较强的容错控制能力和鲁棒性能。     

基于Backstepping SISO不确定非线系统模糊自适应鲁棒容错控制

针对一类单输入单输出非线性系统提出了自适应模糊故障检测及将backstepping技术与模糊控制相结合设计容错控制器的方法。首先,应用模糊逻辑系统设计故障估计器,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。通过理论分析证明了跟踪误差收敛到一个小的残差集内。仿真结果表明了该方法的有效性。     

永磁同步电机驱动系统电流传感器容错控制

为实现永磁同步电机矢量控制系统中电流传感器的故障诊断及其容错控制,确保系统的安全性,基于矢量旋转的概念提出一种新颖的故障诊断及容错控制方法. 建立3个不同轴定向的坐标系,将坐标系下α轴定子电流分量的指令值和测量值比较,判断3个电流传感器的故障信息;基于Lyapunov稳定性定理设计自适应反推观测器进行电流估计;根据3个坐标系设计逻辑判断机制,故障发生时以恰当的估计电流取代测量电流进行反馈以重构系统,保证电机在故障发生时稳定运行. 仿真和实验结果证明：该策略能够有效实现永磁同步电机驱动系统中三相电流传感器的故障诊断、准确判断故障相,在重构电流过程中,αβ坐标系电流分量的选取正确而稳定,测量电流与估计电流的不同组合能够保持较高性能,维持系统的稳定性,具有较高的可行性和可靠性.     

Fault Detection and Recovery for Full Range of Hydrogen Sensor Based on Relevance Vector Machine

In order to improve the reliability of hydrogen sensor, a novel strategy for full range of hydrogen sensor fault detection and recovery is proposed in this paper. Three kinds of sensors are integrated to realize the measurement for full range of hydrogen concentration based on relevance vector machine (RVM). Failure detection of hydrogen sensor is carried out by using the variance detection method. When a sensor fault is detected, the other fault-free sensors can recover the fault data in real-time by using RVM predictor accounting for the relevance of sensor data. Analysis, together with both simulated and experimental results, a full-range hydrogen detection and hydrogen sensor self-validating experiment is presented to demonstrate that the proposed strategy is superior at accuracy and runtime compared with the conventional methods. Results show that the proposed methodology provides a better solution to the full range of hydrogen detection and the reliability improvement of hydrogen sensor.     

基于双核处理器的主动磁悬浮轴承容错控制架构

为了满足针对多自由度磁悬浮支承系统的故障诊断与实时控制需求,提出一种基于异构的双核处理器ARM+DSP架构。硬件配置上以数字信号处理器(digital signal processing, DSP)作为从处理器执行多个环路的故障监测;而高级精简指令集处理器(advanced RISC Machines, ARM)作为主控制器执行转子位置控制算法,并根据从控制器的故障重构控制器而实现容错;软件结构上提出基于双核处理器的信息交互、任务分配与执行的设计方法,设计了双向中断来协调控制与监控代码间的执行时序。试验得到系统故障诊断与实时容错控制仅需1.8 ms,能够满足系统需求。试验结果证明了本研究所提出架构的有效性。     

容灾信息系统的建模与仿真

针对容灾信息系统难以量化和评价的问题,提出了一种通用的容灾信息系统建模方法,设计并实现了容灾仿真系统. 基于网络3层架构模型构建了系统仿真模型,采用故障注入技术实现了灾难事件仿真,并基于脚本编程实现了容灾信息系统运行过程仿真. 设计了仿真一致性、恢复时间目标、恢复点目标和可用存储量指标实现对仿真系统的评价. 实验结果表明,容灾仿真系统满足设计目标,能够为信息系统灾备建设、容灾信息系统灾难恢复能力评价和系统维护提供数据支撑.     

基于K滤波的自适应模糊Backstepping容错控制

针对一类不满足匹配条件的状态不可测非线性不确定故障系统,研究了一种自适应模糊输出反馈容错控制器的设计方法。设计中,利用模糊逻辑系统在线逼近系统的故障函数,使用K滤波技术,并结合Backstepping和模设计原理,建立了一种新的自适应模糊输出反馈容错控制方法。证明了所提出的自适应模糊容错控制方法能够保证闭环系统所有信号是半全局一致有界的,且跟踪误差收敛到原点的一个小邻域内。仿真结果验证了该方法的有效性。     

过程控制系统中的容错技术

火力发电厂过程控制系统的可靠性随着机组容量的扩大其要求越来越高，将容错技术应用到过程控制系统，使得系统的可靠性有了很大的提高。文中简明扼要地分析了容错技术的特点和实现的方法，并对容错、冗余技术性能进行了比较，引用实例讨论了容错技术在分散控制系统中的应用。     

动态核主元分析在无人机故障诊断中的应用

飞行控制系统作为无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)的核心子系统,对其进行故障诊断可以大大提高无人机的安全性和可靠性。在无人机数学模型未知或者不确定的情况下,数据驱动的故障诊断方法比基于模型的方法更实用。考虑无人机飞行控制系统是典型的非线性动态系统,采用一种非线性主元分析方法对其进行故障诊断。利用数据建立无人机飞行控制系统正常状态下的动态核主元模型,通过T²和SPE两种统计量实现故障检测;故障发生后,利用重构贡献图的方法进行故障分离。仿真试验证明,该方法能对典型的无人机执行器和传感器故障进行有效监测和诊断。与动态主元分析相比,动态核主元分析方法对微小故障更为敏感。