基于等分采样的网络控制系统鲁棒故障检测

考虑一类具有未知干扰的时延网络控制系统,对其进行故障检测。通过提高控制器端的采样频率,等分传感器采样周期,将网络时延近似看成控制器端采样周期的整数倍。建立基于离散切换系统的鲁棒H∞故障观测器,将观测器稳定条件归结为一个线性矩阵不等式。通过求解具有线性矩阵不等式约束的最小化问题,对故障检测阈值进行选取,从而增强检测的鲁棒性和灵敏度。仿真示例验证了该方法的有效性。     

变采样周期和多包传输的非线性NCS故障检测

研究具有多包传输、时变采样周期和未知干扰输入的Lipschitz非线性网络控制系统的故障检测问题;利用主动变采样周期的方法将多包传输的非线性连续网络控制系统建模为离散切换系统,设计基于观测器的鲁棒故障检测滤波器构造残差产生系统,运用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)技术,给出了使闭环系统渐近稳定的充分条件及故障检测滤波器的增益矩阵;最后运用仿真算例说明了故障检测滤波器的残差产生系统对故障具有敏感性,同时对外部扰动输入具有鲁棒性。     

多包传输网络控制系统的鲁棒H∞故障检测

针对多包传输网络控制系统,考虑具有未知干扰输入时,系统的鲁棒故障检测问题.首先建立了状态观测器,并基于动态调度策略,将观测器误差方程等效为离散切换系统;然后基于Lyapunov稳定性理论,给出了观测器系统为鲁棒H∞状态观测器的充分条件及观测器增益矩阵的求解方法.此外,为了增强鲁棒性和灵敏度,将阀值的选取归结为具有线性不等式约束的最小化问题.最后的仿真示例说明了该方法的有效性.     

LPV鲁棒故障观测器设计

针对线性参数变化（Linear Parameter Varying,LPV）系统的故障检测问题,采用H_- / H_∞混合优化方法,对基于LPV模型的鲁棒故障观测器（RFDO）进行设计,基于离散的参数依赖李亚普诺夫函数,得到了系统的LPV鲁棒故障观测器的综合条件,经过转化,观测器的设计问题被转化为一组线性矩阵不等式的求解问题;利用LMI工具求解线性矩阵不等式,得到了系统的LPV鲁棒故障观测器。最后,通过在一点上对故障输入的非线性仿真,验证了该方法的有效性。     

一类基于观测器的网络控制系统鲁棒控制器设计

研究一类基于状态观测器的网络控制系统鲁棒稳定性和鲁棒控制器设计问题.考虑传感器时钟驱动、控制器和执行器事件驱动以及小于等于一个采样周期的不确定时延,建立了基于状态观测器的网络控制系统增广模型.利用线性矩阵不等式方法推导出该系统鲁棒稳定的条件,进一步给出了鲁棒控制律和状态观测器设计方法.数值仿真算例证明了分析方法和结果的有效性.     

一类不确定线性系统的鲁棒故障观测器设计

研究线性时不变系统的鲁棒故障观测器设计问题,给定故障检测率,降低误报率作为优化指标,对故障和未知扰动在残差信号中的输出进行滤波。再考虑不确定性影响,运用模型匹配方法,提出了具有不确定性线性系统的鲁棒故障观测器设计方法,并以线性矩阵不等式形式给出问题求解算法。通过求解具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题获得观测器的全局最优解。通过仿真表明,改进的设计方法可有效保障残差信号对故障信号的灵敏度,并改善了诊断性能。     

一类不确定时滞网络控制系统的鲁棒容错保成本控制

针对一类具有时滞且模型中具有参数摄动的网络控制系统,研究在执行器发生故障的情况下系统具有鲁棒保成本可靠控制器设计问题。根据Lyapunov稳定性理论和容错控制理论得到满足系统存在鲁棒保成本控制器的一个矩阵不等式,进而将这个矩阵不等式转化为线性矩阵不等式,从而得出系统渐近稳定的充分条件和系统的保成本上界。最后用实例仿真证明结论的有效性。     

基于观测器的非线性不确定离散系统的鲁棒模糊控制

研究了参数不确定及状态变量难以获取的非线性系统的鲁棒模糊控制问题.采用离散模糊T-S模型对离散非线性系统进行建模并建立了模糊观测器.用矩阵不等式的形式推导出了在Lyapunov意义下鲁棒镇定的充分条件.利用线性矩阵不等式(LMI)导出了模糊反馈增益和模糊观测器增益存在的充分条件.     

基于H∞滤波器的非线性摄动时滞系统的故障诊断

针对一类非线性摄动时滞系统，基于H∞滤波器技术，探讨了系统的故障诊断问题．首先引入参考模型，通过构建故障观测器，形成能反映系统故障的广义残差模型；然后通过基于线性矩阵不等式（LMI）的方法，将故障诊断问题转化为系统鲁棒稳定性分析问题，并给出该问题解存在的LMI条件和求法．该方法既提高了故障观测器对残差的敏感性，又有效地抑制了干扰，提高了故障检测的效果．仿真结果表明了该算法的有效性．     

考虑随机时滞的非线性网控系统鲁棒L2-L∞控制

本文考虑了由Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型描述的一类连续非线性网络控制系统基于观测器的鲁棒L_2–L_∞控制器设计问题.假设网络环境下存在的时变时滞具有特定的随机特性,通过引入一个伯努利随机变量表示时滞在不同区间上分布的概率,建立一个新的具有概率分布信息的系统模型.根据平行分布补偿法(parallel distribution compensation,PDC)和Lyapunov稳定性理论,建立基于T-S模糊模型的使系统均方指数稳定且满足L_2–L_∞的性能判据.并利用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)技术同时得到状态观测器增益矩阵和控制器增益矩阵.最后,仿真结果验证了该方法的有效性.     

具有随机马尔可夫时延的网络控制系统H∞故障检测

针对存在随机时延的网络环境,研究了一类网络控制系统的H∞故障检测滤波器设计问题．考虑了可 由马尔可夫过程描述的随机时延,网络控制系统被建模成离散时间有限状态的马尔可夫跳变线性系统．基于此类模 型,构造了系统的残差发生器,相应的故障检测问题转化为H∞滤波问题．通过选择合适的滤波器增益,使得残差和 故障之间的误差尽可能地小,保证了残差对于未知输入的鲁棒性．以线性矩阵不等式的形式给出了故障检测滤波器 存在的充分条件,并运用锥补线性化方法完成了滤波器设计过程．数值算例表明,上述网络控制系统故障检测滤波 器不仅对故障敏感,同时对外界扰动具有鲁棒性．     

Robust fault detection filter design for networked control systems with delay distribution characterisation

In this article, robust fault detection (RFD) is investigated for networked control systems with delay distribution characterisation. By utilising an observer-based fault detection filter as a residual generator, the RFD of networked control systems with non-uniformly distributed network‐induced time-varying delay is formulated as an H _∞ model-matching problem. Delay-interval-dependent and delay-interval-occurrence-rate-dependent sufficient conditions are obtained by employing the Lyapunov–Krasovskii functional approach. Especially, the robust fault detection filters guarantee strong robustness from residual signal to disturbance as well as high sensitivity to faults. A numerical example is given to illustrate the effectiveness of the proposed design techniques.     

Robust fault detection for networked control systems with nonlinear disturbances and imperfect measurements

In this article, the robust fault detection (FD) problem is investigated for networked control systems with nonlinear disturbances and imperfect measurements. Under the consideration of packet-dropout compensation, a new measurement model is proposed to take the time-varying delay, random packet dropout and quantisation effect into account simultaneously. After properly augmenting the states of the original system and the FD filter, the robust FD problem is formulated as an auxiliary H _∞ filtering problem for a stochastic parameter system with time-varying delays and uncertainties. A sufficient condition for the existence of the robust FD filter is derived in terms of linear matrix inequalities, which depends on both the network status and the quantisation density. A numerical example is provided to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

基于观测器的多智能体系统一致性控制与故障检测

针对一类受到未知干扰的非线性多智能体系统,提出了一种鲁棒一致性控制与故障检测算法.首先,针对每个智能体系统设计了一个未知输入非线性观测器.然后,基于观测器的状态估计信息,设计了鲁棒一致性控制协议.控制协议保证了给定的干扰抑制性能指标.接着,考虑智能体出现故障的情形,采用自适应阈值法,提出了一种分布式故障检测算法.最后,以多个直流电机驱动的单摆系统为例进行了仿真实验,仿真结果表明了一致性控制与故障检测算法的有效性.     

具有随机丢包的一类网络控制系统的故障检测

针对存在随机数据包丢失的网络环境,研究了一类网络控制系统的故障检测问题.考虑随机丢包同时发生在传感器与控制器以及控制器与执行器之间,将网络控制系统建模为含有4个模态的马尔可夫跳变线性系统.基于此类模型,构造了系统的残差发生器,相应的故障检测问题转化为H∞滤波问题.利用马尔可夫跳变线性系统理论,设计了故障检测滤波器,使得...     

存在多个数据包丢失的网络化系统的故障检测

研究一类存在多个数据包丢失的网络化不确定系统的鲁棒故障检测问题。不确定对象为凸多面体离散时间模型。多个数据丢失现象由具有一般概率密度的随机变量描述。利用随机系统的Lyapunov稳定性理论和参数依赖方法给出了使残差信号与加权故障信号之间的误差尽可能小的鲁棒故障检测滤波器的存在性条件。借助于线性矩阵不等式组的可行解得到了故障检测滤波器增益。仿真例子表明了所给方法的有效性。     

Robust fault detection for networked systems with communication delay and data missing

In this paper, the robust fault detection problem is investigated for a class of discrete-time networked systems with unknown input and multiple state delays. A novel measurement model is utilized to represent both the random measurement delays and the stochastic data missing phenomenon, which typically result from the limited capacity of the communication networks. The network status is assumed to vary in a Markovian fashion and its transition probability matrix is uncertain but resides in a known convex set of a polytopic type. The main purpose of this paper is to design a robust fault detection filter such that, for all unknown inputs, possible parameter uncertainties and incomplete measurements, the error between the residual signal and the fault signal is made as small as possible. By casting the addressed robust fault detection problem into an auxiliary robust H_∞ filtering problem of a certain Markovian jumping system, a sufficient condition for the existence of the desired robust fault detection filter is established in terms of linear matrix inequalities. A numerical example is provided to illustrate the effectiveness and applicability of the proposed technique.     

基于Round-Robin协议网络化系统的故障检测

针对基于Round-Robin通信协议网络化控制系统的鲁棒故障检测问题，考虑传感器饱和以及外部干扰，提出了一种通信协议约束下故障检测滤波器的设计方法.利用李亚谱诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式技术得到故障检测滤波器存在的充分条件，通过求解具有凸约束的优化问题得到最优滤波器参数.所设计的故障检测滤波器不仅能够确保滤波误差系统均方渐进稳定且有较强的扰动抑制能力.通过数值仿真和DTS200三容水箱液体渗漏检测实验验证了该方法的有效性.     

基于局部交叠异步切换的网络控制系统故障检测

针对存在时变短时延和丢包的网络控制系统故障检测问题,将非线性对象建模为线性切换系统.考虑工程中存在的局部交叠切换律,将切换系统划分为若干局部交叠切换于系统.同时,考虑滤波器切换滞后引起的异步切换问题,进一步将系统增广为局部交叠异步切换系统.在此基础上,结合公共Lyapunov函数和平均驻留时间方法,以LMI形式给出检测滤波器设计方法.最后,通过某网络化飞行器的全包线飞行验证了所提出方法的有效性.     

NNCS混合容错控制方法

针对执行器任意失效故障,研究离散事件触发通讯机制下不确定NNCS主被动混合鲁棒$H_\infty$容错控制器设计问题,该控制器对外界有限能量扰动具有良好的抑制性能.首先,基于T-S模糊模型,建立离散事件触发通讯机制下不确定NNCS闭环故障模型;然后,基于$H_\infty$控制思想设计故障检测观测器并得到不确定NNCS鲁棒$H_\infty$容错控制设计准则;最后,通过Matlab仿真算例验证所设计的控制律对系统性能的改善以及事件触发条件的引入对网络资源的节约.