离散非线性系统状态和故障估计

针对同时含有执行器故障和传感器故障的离散Lipschitz非线性系统,提出一种可以同时估计系统状态、执行器故障和传感器故障的观测器设计方法。首先,通过系统状态向量的扩展,将原系统化为形式上不含传感器故障的广义Lipschitz非线性系统;然后,对得到的广义系统设计可以同时估计系统状态和执行器故障的观测器;最后,将观测器设计过程化为求解线性矩阵不等式的形式。仿真结果表明,所提方法具有有效性、正确性以及优越性。相较于现有很多方法,所提方法具有高效快捷的特点,具有较强的实用性。     

耦合发生概率不确定的复杂网络传感器故障估计

通过引入一组满足伯努利分布的随机变量来描述节点之间是否发生耦合关系,研究一类节点之间耦合发生概率不确定的非线性复杂网络系统的传感器故障估计问题。将未知常值故障和缓变漂移型故障近似表征为一次函数的形式,为了估计传感器故障,将系统状态和故障进行增广,对增广系统构造基于观测器的估计器。通过数学归纳法得到估计误差协方差矩阵的一个上界,并设计合适的估计器增益矩阵使该上界取最小值。最后,通过仿真算例验证所设计估计方法的有效性。     

带有传感器故障的不确定分数阶系统观测器设计

在考虑带有传感器故障和存在量测噪声的条件下,设计了不确定分数阶系统的状态观测器.通过利用增广矩阵和根据矩阵秩不变的性质,把不确定分数阶系统增广为广义分数阶不确定系统.根据线性矩阵不等式的分数阶系统稳定性判据,考虑分数阶次在1相似文献   

基于滑模观测器的航空发动机信号重构

本文研究航空发动机控制系统中传感器的信号重构问题。针对含有建模误差等未知干扰发动机模型,考虑传感器发生故障情况下,提出了基于滑模观测器的航空发动机信号重构方法。首先通过滤波器将含有传感器故障的系统等效为含有虚拟的执行器故障的系统;然后设计滑模观测器,并设置合适的增益矩阵使得状态估计误差稳定有界、输出估计误差在有限时间内到达滑模面,保证了滑模观测器对传感器故障的精确估计,在此基础上实现航空发动机的信号重构;最后,通过MATLAB/simulink对低压转速传感器发生不同幅度的软硬故障时进行信号重构仿真并与常用的卡尔曼滤波器方法进行对比,结果验证了该方法的有效性。     

基于中间估计器的非线性广义马尔可夫跳变系统的故障估计

针对具有全局利普希茨非线性的广义马尔可夫跳变系统,研究了当执行器故障和传感器故障并存时系统的故障估计问题.首先,将原系统的状态向量和传感器故障向量扩展为辅助状态变量,得到增广系统.然后通过引入一个中间变量,提出了一种基于中间变量的估计器设计方法,用于估计原系统的状态、执行器故障以及传感器故障.通过构建输入到状态稳定李雅普诺夫函数,证明了广义误差系统对于故障函数的导函数是输入到状态稳定的,这意味着当故障函数的导函数随着时间收敛于0,误差系统也是渐近收敛的.最后通过一个数值算例验证了方法的有效性.     

基于代数方法的全维故障检测观测器设计

针对伴有不匹配未知干扰的线性时不变系统,将全维观测器的设计方法和未知干扰建模技术相结合,设计出对未知干扰解耦的故障检测观测器.首先,采用代数建模技术将匹配未知干扰从未知干扰中分离出来,剩余的干扰部分即为不匹配未知干扰;然后,依据先验知识对不匹配未知干扰代数建模,构建出一个满足秩条件的增广系统;最后,针对增广系统,设计全维故障检测观测器,并构造对未知干扰鲁棒且对故障敏感的残差.将所提方法应用于一类垂直起降直升机系统,并对系统模型进行仿真.仿真结果表明所提出的全维故障检测观测器是有效的.     

基于T-S模糊模型的观测器和动态输出反馈容错控制器设计

针对具有执行器故障和传感器故障的非线性系统,提出了一种基于T-S模型的观测器设计和动态输出反馈控制器设计方法。首先,将非线性系统转化为T-S模型,以此模型作为设计模型,利用扩展传感器故障为辅助状态向量的方式,将系统扩展为增维的T-S描述系统;然后,针对增维的T-S描述系统,设计模糊自适应观测器以达到对非线性系统的状态、执行器和传感器故障同时估计的目的;最后,基于观测器对传感器和执行器故障的估计,设计了一种动态输出反馈容错控制器以达到容错控制的目的,其中以线性矩阵不等式的方式给出了观测器和容错控制器存在的充分性条件。通过实例仿真验证了该文设计方法的有效性。     

无线传感器网络控制系统故障检测

为了确保无线网络控制系统运行的可靠性,该文针对由无线传感器网络组成的网络控制系统,设计了基于离散切换系统的故障观测器.假定其可能发生故障,对其进行故障检测研究.通过研究无线传感器网络数据的传输特性,构建了增广故障观测器.将该观测器等效为离散切换系统.利用李雅普诺夫稳定性理论将观测器稳定条件归结为1个线性矩阵不等式,给出了稳定性证明.该观测器能在1s内跟踪上原系统的状态.当系统发生故障时,观测器残差能够迅速发生跳变,从而检测故障.仿真示例验证了该文方法的有效性.     

基于事件触发的间歇传感器故障主动容错控制

提出一种基于事件触发的线性离散系统间歇传感器故障估计和主动容错控制方法.首先,利用一种新的表达方式来描述不同模态下的间歇传感器故障,并针对该故障在传感器输出端引入事件触发机制,通过获取的非均匀采样信息设计故障观测器,实现系统状态和传感器间歇故障的联合估计.然后,根据观测器的估计信息设计容错控制器,通过求解不同故障模态下...     

不确定车辆电子稳定控制系统传感器故障估计

针对车辆横摆角速度传感器故障问题,提出一种基于观测器的故障估计策略.首先,考虑由于轮胎侧偏刚度特性造成的不确定性以及系统中存在非线性干扰等因素,建立车辆四轮转向系统数学模型.然后,设计基于观测器的传感器故障估计策略,利用李雅普诺夫函数和线性矩阵不等式方法求解观测器增益.最后,通过Carsim与Simulink联合仿真验证所设计的传感器故障诊断策略的有效性.结果表明：在传感器发生故障时,该诊断策略能够对系统状态以及传感器故障具有良好的估计效果,能够为车辆安全稳定系统提供关键信息,并且对于下一步的传感器故障容错控制提供技术支持.     

电机驱动系统电流传感器故障诊断与容错控制

为有效解决电机驱动系统中的常见的电机电流传感器故障诊断与容错控制问题,结合Luenberger状态观测器与修正Bayes分类算法,提出了一种有效的传感器故障诊断与容错控制方法。该方法以一种可调增益矩阵的Luenberger状态观测器模型为基础,实现各种工况下电流值的实时估计。基于残差生成单元和修正的Bayes分类算法对故障传感器进行实时检测与定位,并在传感器故障工况下用观测器估计值代替电流传感器信号实现电机驱动系统的容错控制。仿真结果表明,本文所提算法能快速诊断出故障传感器并具有容错控制功能,可有效提高电机驱动系统可用性。     

基于降维观测器与多胞体方法的执行器故障检测

针对具有执行器故障且状态方程和输出方程同时受到外部扰动影响的离散系统,研究了降维观测器设计方法和基于多胞体理论的区间估计方法,并在此基础上提出了基于区间估计的执行器故障检测方法。首先,通过适当的状态等价变换,将原系统分解成2个降维子系统,使得一个子系统可以直接解耦干扰。然后,在无执行器故障发生的前提下,基于对干扰解耦的子系统,提出了一种降维观测器设计方法,实现了原系统状态的渐近收敛估计。其次,针对具有干扰的子系统,设计了Luenberger型观测器,并结合多胞体理论,提出了一种对可测输出的区间估计方法。之后,基于可测输出的区间估计,提出了一种残差的构造方法,以此提出了一种执行器故障检测新方法。最后,给出了仿真设计和分析,验证了方法的有效性。     

基于未知输入观测器的不匹配干扰系统滑模控制

针对具有不匹配未知干扰的非线性系统,研究基于状态估计和未知输入重构的控制问题.在状态可测和未知干扰已知假设下,提出了一种新滑模控制器设计方法,以达到输出渐近稳定;通过设计一种未知输入观测器,对系统的时变未知输入进行重构;基于高增益滑模观测器对未知干扰的微分和系统的输出微分信息进行了有限时间内的精确估计;设计了一种新的基于观测器的控制策略,并论证其可行性.利用一个实际模型验证该控制器的有效性.     

未知输入观测器组的航空发动机分布式控制系统传感器解析重构控制

针对具有控制时延和未知干扰的航空发动机分布式控制系统,提出了一类基于未知输入观测器组的传感器解析重构控制方法。每一未知输入观测器与传感器一一对应,其输入为控制量和其他传感器信息,输出即为对应传感器发生故障时的重构信号。以航空发动机小偏离状态空间模型为研究对象,推导了用线性矩阵不等式表示的未知输入观测器存在的充分条件,当给定控制器增益时,可求解出任一未知输入观测器的参数矩阵,通过迭代即可设计出所有未知输入观测器。仿真表明:当传感器发生故障时,采用观测器的估计值代替故障传感器的信号作为状态反馈,在不同的干扰作用下,系统均具有较好的动态响应,观测器能对外部干扰完全解耦,且不受故障传感器影响,能对故障传感器实现有效重构。     

一种基于降维干扰解耦的鲁棒执行器故障检测与分离

针对一类伴有未知干扰的Lipschitz非线性系统,探讨了基于观测器的执行器故障检测与分离的方法.通过等价状态变换,将系统的未知干扰进行了解耦,并在此基础上提出了一种不受未知干扰影响、但对故障敏感的降维观测器设计方法.基于降维观测器输出估计误差设计出残差,使得降维观测器可以作为故障检测器用于执行器故障检测;然后,基于多观测器方法,即设计出与执行器数目相同的观测器,实现了对执行器故障分离的目的;最后,对一个大攻角状态下飞行器的简化模型进行了数字仿真,仿真结果表明所提出的方法是有效的.     

基于二阶滑模观测器的非线性动态系统故障估计

研究了一类非线性动态系统的执行器故障估计问题.采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型对非线性动态系统建模,克服了以往研究需对非线性动态系统作Lipschitz条件假设的局限性.为避免传统滑模观测器在实现故障估计时的抖振问题,设计二阶滑模观测器实现了故障估计.为方便观测器设计,通过坐标变换分离出系统的可测状态;采用Lyapunov泛函与线性矩阵不等式设计观测器,并证明了观测误差动态系统的稳定性,进而得到了执行器故障的渐近估计.所提方法只需观测器与系统的输出信息,实现了故障的在线估计.通过一个液压传动系统的仿真分析验证了所提方法的有效性.     

基于UIO方法的非线性Markov跳跃系统故障重构

为了重构Markov跳跃系统中存在的执行器故障,提出了一种基于鲁棒未知输入观测器(unknown input observer,UIO)的故障重构方法.为满足实际需要,研究的Markov跳跃系统具有利普希茨(Lipschitz)非线性特性.为了准确估计系统的状态和故障,用观测器估计值与系统真实值构建残差系统,并对残差系统进行稳定性分析.考虑到系统中不完全解耦的未知输入和输出噪声会影响观测器的准确性,通过H_∞性能指标方法抑制这些不利干扰.最后通过李雅普诺夫稳定理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法求解出未知输入观测器的增益矩阵.F-404飞行器引擎模型数值仿真的结果表明,观测器能够很好地估计系统故障的大小、形状和变化过程.     

多变量过程传感器故障检测的SVM方法

提出一种适用于具有纯滞后多变量过程的传感器故障检测方法.该方法结合支持向量机回归算法与数据驱动的信息融合技术,给出一种采用广义支持向量机观测器的传感器故障检测、分离和数据恢复系统的架构.每个关键传感器都配置一个由过程输入和除被监视传感器之外的过程输出共同驱动的观测器,对传感器实际输出与观测器输出进行了比较,并对数据的有效性进行了确认.多组分精馏塔系统实验表明,该方法能够对过程传感器故障进行检测,并且具有较好的鲁棒性.     

基于T-S模糊建模方法的近空间飞行器姿控系统传感器故障调节技术研究

针对近空间飞行器从近空间空域返回地面再入大气层的飞行过程中其姿态控制系统发生传感器故障的情况,研究了基于广义扩张系统方法的传感器故障调节问题。首先,将再入飞行阶段的近空间飞行器非线性姿控系统用一组T-S模糊模型来表示,并基于此模糊模型引入传感器故障模型。然后,将含有传感器故障的T-S模糊模型利用广义扩张系统方法将其转化为T-S模糊奇异系统,进而设计一个全维状态观测器来得到被控系统的状态向量和传感器故障信号的估计值,并在此基础上提出了一个利用传感器故障补偿技术的反馈控制策略,使得闭环控制系统能够渐近调节传感器故障的影响。最后,通过数值仿真验证了所提方案的有效性。     

多时滞不确定非线性系统传感器鲁棒故障诊断

提出了一种带有多时滞不确定非线性系统的传感器鲁棒故障诊断方案,非线性仅与系统输入和输出有关,不确定性包括系统输入和状态等环节;通过构造观测器对状态和输出进行估计,得到具有鲁棒性的阈值;若系统的实际输出与估计输出之差(即残差)超出阈值,说明有故障发生,同时用自适应跟踪器对故障进行跟踪;在理论上证明了该方案的鲁棒性、灵敏度和稳定性,最后通过仿真说明了该方法的有效性。