基于主导子系统的非线性系统鲁棒故障诊断

针对非线性不确定系统的故障诊断问题,提出了一种基于主导子系统的自适应模糊观测器设计方法。利用主导子系统的观测器增益矩阵进行模糊观测器的设计,并推导出了系统状态估计误差有界的条件以及故障估计所要满足的自适应算法。另外,考虑到系统带有建模不确定,对故障检测的鲁棒性和灵敏度进行了分析。给出的仿真示例说明所提出的方法是有效的。     

连续广义系统的未知输入观测器研究

研究了在未知输入下连续广义系统的降阶观测器的设计方法,并讨论了观测器在故障检测中的应用。首先给出了连续估计器的存在条件,通过给原系统加微分反馈实现正则化,又通过解耦变换使得只有一个状态向量含有未知输入,利用其余两个不受未知输入影响的状态向量设计出观测器。然后,假设未知输入为故障信号的情况下,利用观测器的方法研究了连续广义系统的故障检测问题。仿真结果显示了满意的估计性能。     

一类非线性切换系统观测器设计的新方法

针对一类切换规则为时间依赖型的Lipschitz非线性切换系统,采用驻留时间方法研究了状态观测器设计问题.该切换系统同时含有可观测子系统与不可观测子系统,通过构造合适的Lyapunov函数,并利用矩阵不等式技术得到了保证状态观测器状态估计误差收敛的条件.并给出了观测器设计步骤.进一步,通过矩阵变换将观测器增益求解转化为LMI形式.最后给出了仿真算例说明了该设计方法的有效性.     

测量时滞系统的故障诊断和动态自修复控制

研究含有测量时滞的线性系统的故障诊断和自修复控制问题.提出了一种测量时滞系统基于降维状态观测器的故障诊断方法.通过构造含有故障状态的增广系统并进行增广系统测量时滞的无时滞转换,将测量时滞系统的故障诊断问题转化为无时滞增广系统的状态观测问题.通过构造增广系统的降维状态观测器,设计了在线诊断故障的故障诊断器.利用故障诊断的结果,设计了故障的动态自修复控制律使系统在故障情况下能够正常运行.最后,通过一个仿真算例来验证本文所提出的方法的可行性和有效性.     

不确定关联时滞大系统鲁棒可靠控制设计方法

针对一类具有状态时滞和参数不确定性的不确定关联时滞大系统 ,提出了一种基于状态观测器的鲁棒可靠控制器设计方法。该方法通过求解一组线性矩阵不等式 (LMI) ,给出状态观测器和线性动态输出反馈控制器的设计方法。该控制器对于系统中任意容许的不确定性以及在每一个子系统中预先指定的执行器子集合执行器的失效 ,都可以镇定相应的闭环系统。通过仿真实验证明该设计方法的有效性。     

基于模糊模型的无线网络控制系统故障检测

考虑控制器与被控对象之间采用无线传输,且被控对象为非线性模型的一类网络控制系统,对其进行故障检测。首先基于T-S模糊模型将对象线性化,利用模糊主导子系统规则,设计了模糊观测器,并得出了观测器误差方程。然后将误差方程等效为与无线传输跳数相关的离散切换系统,并证明了误差系统的稳定性。最后,通过仿真实例验证了所提方法的有效性。     

部分转移概率未知的Markov跳变系统鲁棒故障检测

针对部分转移概率未知的Markov跳变系统,研究了其鲁棒故障检测问题,设计了该系统的线性全阶鲁棒故障检测观测器。将自由连接权矩阵引入鲁棒故障检测观测器系统进行证明推导,极大地降低了固定连接权矩阵带来的保守性。通过构造Lyapunov函数,推导得出一系列线性矩阵不等式以确保鲁棒故障检测观测器系统随机渐近稳定。在此基础上,证明并给出了观测器存在的充分条件。进一步,优化所设计的观测器。数值仿真表明,所设计的鲁棒故障检测观测器不仅对故障具有较高的灵敏度,而且能确保对未知干扰输入有较强的鲁棒性。     

永磁同步电机高增益速度观测器设计与仿真研究

基于永磁转子同步旋转坐标系的全阶非线性模型是应用状态观测器方法获取位置及速度信息的重要方程,以往应用这一非线性模型缺乏必要的全局能观性分析,在此基于同胚映射理论分析了此类系统的全局不可观测性,而其降阶电流-速度子系统却是全局可观测的。对通过获取转子高精度速度信息基础上通过一步积分得到位置信息的虚拟传感器设计思路给出了严格理论上的解释。利用非线性系统高增益观测器技术构造了带有增益自适应调节率的降阶子系统的速度观测器,仿真结果表明该观测器具有优异的速度跟踪特性,暂态过程观测偏差可以控制在相对小的范围内。     

时延网络控制系统的区域极点配置设计

针对存在时变有界时延的网络控制系统,在一定假设条件下,基于分离原理讨论了状态观测器和状态反馈控制器的设计方法。状态观测器通过在开环预测和闭环预测间切换以补偿时延的影响,同时考虑时延的时变性以及回路中长时延的存在,闭环预测也是在多个模型间切换,从而将状态观测器建模成具有多个子系统的离散切换系统。在此基础上,利用预测状态作为控制器的输入,设计了具有圆盘区域极点约束的状态反馈控制器。最后以线性矩阵不等式可行解的方式分别给出了控制器和观测器的构造方法,仿真结果说明了所提出方法的有效性。     

基于动态模拟的化工过程故障诊断

化工过程中的故障检测与诊断多通过对历史数据和知识的分析来进行.提出了一种新的故障检测与分析方法,利用动态模拟来监测化工过程,并在过程发生异常时及时进行故障诊断.这种方法所针对的是可由动态模型内部参数来表征的一类故障,这些参数可通过动态模型的在线校正获得.该方法不需要设计观测器来估算过程的不可测变量,还可以将故障检测和诊断任务同时进行.该方法被应用于了重力水箱系统和庚烷芳构化反应器系统,并同传统的参数估计方法进行了比较.     

基于新型学习观测器的卫星执行机构故障重构

针对在轨微小卫星出现执行机构故障的情况,提出了一种基于非线性学习观测器(nonlinear learning observer, NLO)的卫星姿控执行机构故障重构方法。文中结合迭代学习算法和递推学习算法,设计了一种新型自适应学习算法,该算法应用前一时刻和当前时刻的姿态敏感器测量输出误差在线更新故障重构信号,使得所提NLO在估计卫星姿态角速度和姿态角的同时,能够快速精确在线重构卫星姿控执行机构故障。进一步给出了所提NLO的稳定性条件,并结合线性矩阵不等式技术给出了NLO增益矩阵的详细设计方法。最后,将所提方法应用于微小卫星姿控推力器故障重构,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于自适应未知输入观测器的多故障快速重构

针对一类非线性函数中耦合执行器故障的非线性动态系统, 提出一种基于自适应未知输入观测器的多故障快速重构方法, 通过引入比例项提高故障重构的快速性。首先, 将执行器故障进行解耦处理并构建包含传感器故障的增广系统。然后, 综合H_∞性能指标给出状态估计误差的稳定性证明。接着, 将观测器增益矩阵的求解转化为受线线矩阵不等式约束的非线性优化问题, 并实现执行器故障和传感器故障的多故障重构。最后, 结合单关节柔性机器人算例仿真验证了所提方法的有效性。     

Novel robust fault diagnosis method for flight control systems

A novel robust fault diagnosis scheme, which possesses fault estimate capability as well as fault diagnosis property, is proposed. The scheme is developed based on a suitable combination of the adaptive multiple model （AMM） and unknown input observer （UIO）. The main idea of the proposed scheme stems from the fact that the actuator Lock-in-Place fault is unknown （when and where the actuator gets locked are unknown）, and multiple models are used to describe different fault scenarios, then a bank of unknown input observers are designed to implement the disturbance de-coupling. According to Lyapunov theory, proof of the robustness of the newly developed scheme in the presence of faults and disturbances is derived. Numerical simulation results on an aircraft example show satisfactory performance of the proposed algorithm.     

基于内模原理的变结构最优容错控制

针对系统中发生传感器故障和/或执行器故障的情况,兼顾考虑故障对系统内部状态和外部输出的影响,提出了一种物理上可实现的变结构动态最优容错控制方法.该方法首先利用内模原理设计了故障补偿器以补偿故障对系统输出的影响,然后利用Riccati矩阵方程设计了故障情况下的最优容错控制律.为了解决最优容错控制的物理不可实现问题,采用一种新型的降维故障诊断器,在实现故障诊断的同时完成了对系统状态的观测.最后给出了根据故障的发生情况进行变结构调节的动态最优容错控制的设计步骤.仿真结果验证了该方法的有效性和可靠性.     

Design and simulation of fault diagnosis based on NUIO/LMI for satellite attitude control systems

This paper presents a scheme of fault diagnosis for flexible satellites during orbit maneuver. The main contribution of the paper is related to the design of the nonlinear input observer which can avoid false alarm arising from the disturbance from orbit control force. The effects of orbit control force on the fault diagnosis system for satellite attitude control systems, including the disturbing torque caused by the misalignments and the model uncertainty caused by the fuel consumed, are discussed, where standard Luenberger observer cannot work well. Then the nonlinear unknown input observer is proposed to decouple faults from disturbance. Besides, a linear matrix inequality approach is adopted to reduce the effect of nonlinear part and model uncertainties on the observer. The numerical and semi-physical simulation demonstrates the effectiveness of the proposed observer for the fault diagnosis system of the satellite during orbit maneuver.     

基于未知输入滤波器的过驱动系统故障诊断方法

过驱动系统由于执行器间的冗余性导致故障往往具有严重的耦合性,从而给故障的分离带来很大困难。针对过驱动系统的执行器乘性故障,提出了一种基于未知输入滤波器的故障诊断方法。首先,提出了一种新的未知输入滤波器结构,设计方便。然后,将指定执行器的故障看作未知输入,通过一组结构化残差来实现故障分离,并在此基础上,提出了一种故障估计方法。最后,通过ADMIRE飞行器的近似线性化模型仿真验证了所提方法的有效性。     

一类非线性系统的执行器偏差故障诊断

针对一类具有系统建模误差,以及含传感器模型不确定项的非线性控制系统,提出了一种用于执行器故障诊断的观测器方法。观测器中引入自适应补偿项,当出现偏差后将对故障及建模不确定项进行补偿。自适应算法中采用了死区算子,增强了算法的鲁棒性。同时利用自适应律进行偏差估计。理论分析证明观测器的观测误差收敛到零。仿真结果表明了方法的有效性。     

Robust fault diagnosis with disturbance rejection and attenuation for systems with multiple disturbances

The fault diagnosis problem is investigated for a class of nonlinear neutral systems with multiple disturbances.Time-varying faults are considered and multiple disturbances are supposed to include the unknown disturbance modeled by an exo-system and norm bounded uncertain disturbance.A nonlinear disturbance observer is designed to estimate the modeled disturbance.Then,the fault diagnosis observer is constructed by integrating disturbance observer with disturbance attenuation and rejection performances.The augmented Lyapunov functional approach,which involves the tuning parameter and slack variable,is applied to make the solution of inequality more flexible.Finally,applications for a two-link robotic manipulator system are given to show the efficiency of the proposed approach.     

Actuator fault diagnosis of time-delay systems based on adaptive observer

1 .INTRODUCTIONOwingtotheincreasing demandfor highreliabilityinmany industrial processes , much attention has beenpaid to the problem of fault detection and diagnosis(FDD) in dynamic systems over the past twodecades. Fruitful results can be found in Refs .[1 ~3] .It is well known that faults in a dynamic systemcan take many forms . They can be actuator faults ,sensor faults ,unexpected abrupt changes of some pa-rameters or even unexpected structure changes[4 ,5].The purpose of detection…     

基于观测器的四旋翼容错控制及仿真研究

针对四旋翼飞行器执行器故障的问题,提出7一种基于自适应观测器的积分反演滑模容错控制策略,以保证飞行器的安全性和可靠性.建立考虑执行器故障的四旋翼飞行器动力学模型;设计一种自适应故障估计观测器用来观测系统的状态和估计故障信息;采用积分反演和滑模控制相结合的方法分别设计姿态容错控制器和位置控制器,完成姿态和位置的轨迹跟踪....