基于实时操作系统的故障诊断高可靠测控系统设计

针对地面测控系统的长期加电高可靠性设计需求,目前所采用的双机冗余方案缺少对系统软硬件状态考虑,在系统长期运行过程中存在冗余失效的可能性。针对该问题,提出来一种系统故障诊断与容错方法,对系统故障源如系统任务状态、CPU温度、CPU占用率、磁盘剩余空间、IO操作状态等异常进行了综合研究和分析。采用任务实时监测、最小二乘法以及哈希算法等关键技术和方法实现系统故障诊断与容错处理,经实际型号项目验证应用满足了系统对高可靠性需求的应用需求。     

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.     

单双层混合绕组型低互感五相容错永磁电机的电磁问题研究

单双层混合绕组型多相容错永磁同步电机具备良好的相间物理隔离、热隔离和磁隔离能力,通过改变绕组跨距角可以改善定子磁动势谐波分布,在一定程度上降低转子涡流损耗,从而更好地兼顾容错能力和运行性能。该文针对单双层混合绕组型五相容错永磁电机展开研究,基于绕组因数分析,给出该类电机极槽配合选取原则和定子磁动势谐波分布规律,以及典型方案下的谐波比漏磁导系数随绕组跨距角的变化规律。进一步研究容错齿尺寸、模块间气隙宽度、槽口宽度等尺寸对磁动势谐波分布、转矩、互感和齿槽转矩的影响,给出高功率密度、低互感和低齿槽转矩设计原则。通过与传统单、双层分数槽集中绕组电机对比,证明了单双层混合绕组电机在磁隔离能力等方面的优势。研制了五相15槽12极单双层混合绕组电机样机,通过实验对理论分析结果进行了验证。     

单相MPUC五电平逆变器滞环SVPWM容错控制方法

提出一种电流跟踪型单相电压源多电平逆变器滞环空间矢量脉宽调制（SVPWM）容错控制方法。首先分析功率开关器件单管开路故障对单相改进型填充U形电池（MPUC）五电平逆变器电压矢量的影响;并在此基础上提出电压矢量等效替代方法,优先选择位置重合的冗余电压矢量进行等效替代;如果没有重合的非故障矢量,则选择位置和作用效果最接近的其他非故障矢量。在逆变器单管开路故障状态下,该方法可以保证逆变器输出电流较准确地跟踪参考电流,无需增加备用的硬件冗余单元,能节约硬件成本,简化系统结构。仿真和实验证明了该方法的正确性和有效性。     

多相电驱重构型车载充电系统绕组开路故障诊断与容错控制

电动汽车(EV)用电驱重构型车载充电系统(EDROC)因其突出的商业价值成为国内外学者的研究焦点。文中针对六相EDROC充电模式中单相绕组开路故障条件下的故障诊断与容错控制进行研究。首先,介绍了六相EDROC的电路拓扑与基本工作原理;其次,针对绕组开路故障问题,提出一种简单易行的故障诊断方法,包括故障检测与故障定位两个环节,分别通过判断电流矢量的角度变化率与绕组电流平均极性实现;然后,研究了系统单相开路故障下的容错控制,通过重新分配绕组电流幅值与相位,实现网侧电流平衡与无旋转磁场;最后,搭建了实验平台,实验结果验证了所提故障诊断方法与容错控制的正确性。     

考虑电压电流约束的感应电机容错运行对比研究

围绕电机驱动系统可靠性提高问题,对现有几种具备容错运行能力的三相感应电机驱动系统性能开展了对比研究。对容错控制策略的评估应考虑电机驱动系统输出的实际转矩和转速,而这主要取决于系统电流和电压约束。考虑到励磁电流的存在,感应电机驱动系统中的电流极限不如永磁电机驱动系统中的电流极限直观,同时逆变器和电机都存在对系统电压的限制,故通过推导故障后电机驱动系统的电压方程,分析得到了电机参数、运行工作点和电压电流约束对输出转速的影响,并指出优化拓扑可使故障后电机运行在额定转速以上以获得额外的功率。利用搭建的感应电机驱动测试平台开展了实验研究,不同容错策略的对比实验结果验证了理论分析。     

鲁棒容错控制系统的设计

讨论了不确定性连续时间系统对非线性扰动具有鲁棒稳定性且对传统感器失效具有完整性的问题,提出了一种设计方法,所设计的系统具有完整性、最优性和良好的动态特性,并对参数摄支及非线性扰动具有鲁棒稳定性。     

基于网络控制的航空器动力系统的容错控制

研究了基于网络控制的航空器时变时滞横向动力学系统的容错控制问题.利用Lyapunov稳定性方法和LMI技术,综合网络的特点采用鲁棒完整性方法设计了针时执行器失效的容错控制器.首先给出了航空器横向动力学系统的时滞线性化一般模型,考虑到网络控制系统的运行特点以及网络中的诱导时延和数据包丢失现象,采用一种分段常值的控制器,设...     

指令级的变量容错恢复

提出一种抵抗瞬时故障的自动编译容错恢复方法,用源码中的变量信息在指令级别进行冗余错误流裁剪,在LCC上加以实现,并获得良好的容错性能。实验结果表明,该方法仅增加0.043倍的时间损耗及0.69倍的空间损耗,在时空损耗上优于现有的其他方法。