基于多模自适应滤波的无人机控制系统故障诊断

建立了无人机控制系统传感器和执行器的全局故障和局部故障的模型，在此基础上应用多重模型自适应卡尔曼滤波方法对其传感器和执行器的各种软硬故障进行诊断，应用所建立的数学模型与方法，对无人机的三个传感器和两个执行器的局部与全局故障进行了仿真计算。在仿真过程中发现，此方法的诊断准确度高，无延迟报警，算法简单，仿真结果验证了该种方法的有效性。     

一类执行器卡死的T-S模糊自适应容错控制

针对一类执行器发生故障的非线性系统,提出了基于T-S模糊模型和模型参考自适应控制的容错控制设计方案。该方案特点是:在利用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型对非线性系统进行建模时,假设局部线性模型的参数未知,利用自适应控制算法,在线调整控制器参数,实现系统对参考模型的状态跟踪。在系统发生故障时,系统能够重构控制律以抵消故障对系统的影响,维持系统的稳定性以及期望的跟踪目标。利用李亚普诺夫理论分析了系统的稳定性,给出了能够实现状态跟踪的匹配条件以及控制器参数更新律。利用某飞机模型进行了仿真,证明本文方法的有效性。     

时变时滞不确定组合系统的可靠保性能鲁棒控制

针对一类孤立子系统中状态、控制输入及互联项均含有时变时滞的不确定组合系统,采用增益故障模型,提出了考虑执行器故障的可靠保性能控制问题。该执行器故障模型概括了执行器正常、执行器部分退化和执行器完全失效三种情况,系统的性能函数是带有故障输入项的积分二次函数。利用Lyapunov方法及线性矩阵不等式(LMI)方法,得到系统存在可靠保性能控制器的充分条件和控制器的设计方法,并给出了系统的可保性能表达式。最后,通过一个数值例子验证了所得结果的正确性。     

一类非线性系统的执行器组合故障自适应容错控制

针对一类具有执行器组合故障的多输入单输出非线性最小相位系统提出了自适应容错跟踪控制方案。考虑系统执行器卡死和部分失效组合故障,基于微分几何反馈线性化,设计了模型参考自适应容错控制算法。设计的控制律能够保证系统在执行器故障时闭环系统稳定,而且渐近跟踪给定的参考信号。仿真结果表明了所提方法的有效性。     

不确定时滞系统的指数稳定保代价可靠控制

针对一类含有时变时滞的不确定参数系统,研究了在执行器发生故障情况下系统指数稳定保代价可靠控制器设计问题。系统的性能函数是含有指数项和故障输入项的积分二次型函数。经过适当的状态变换,将原系统的指数稳定保代价可靠控制问题转化为另一个等价系统的保代价可靠控制问题。根据Lyapunov稳定性理论,得到了系统存在指数稳定保代价可靠控制器应满足的一个矩阵不等式,进一步将这个矩阵不等式转化为线性矩阵不等式(LMI),并给出了系统的保代价表达式。利用论文方法设计的控制器能够使得时滞系统对于任意允许的不确定量以及执行器故障都保持鲁棒可靠指数稳定,并且使系统具有保代价的性能指标。仿真结果表明了该控制器设计方法的有效性。     

考虑执行器故障的无人帆船事件触发控制

针对实际海洋环境下,无人帆船在艏向跟踪控制任务中存在的模型参数未知、控制输入频繁抖振和执行器磨损等问题,提出一种考虑执行器故障的无人帆船事件触发控制算法.首先,采用径向基函数神经网络(radius based function neural networks,RBF-NNs)对系统的未知模型参数进行在线逼近.其次,在无...     

一类基于T-S模型的非线性系统模糊完整性控制

针对一类非线性系统的执行器故障,提出了一种基于T-S模型的模糊完整性容错控制设计方法。将不同模糊规则下的系统模型转化为其中一个模糊规则下的不确定性系统,分别给出执行器故障前后模糊控制器存在的充分条件,证明了两个充分条件存在交集的情况下,根据LMI原理设计的模糊完整性控制器使得在执行器卡死或失效时,仍然能够保证非线性闭环系统的稳定性。仿真算例表明了本方法的有效性。     

基于滑模迭代学习律的航天器姿态控制

针对航天器姿控系统长期运行期间因执行部件老化或故障引起性能下降的情形,设计了一种基于滑模迭代学习率姿态自主容错抗扰控制方案。采用虚拟控制输入设计了滑模控制器,以确保故障发生后系统能精确跟踪参考运动轨迹|通过李亚普诺夫稳定性分析,设计了新的自适应迭代学习率,根据系统跟踪误差,在线确定控制器参数以应对执行器故障和外部干扰的影响。数值仿真实验表明,该方法可以有效进行故障检测和干扰补偿。     

基于T-S模糊模型的网络控制系统鲁棒H∝容错控制

针对同时存在网络时延和数据包丢失的网络环境,研究了执行器故障下一类非线性网络控制系统的鲁棒H_∞容错控制问题。基于不确定T-S模糊模型描述的非线性网络控制系统模型,考虑了更实际、更常见的执行器部分失效情况。通过引入一个积分不等式,获得了此类系统的时滞相关鲁棒稳定性条件,且采用锥补线性化算法给出了此类系统的鲁棒H_∞容错控制器设计方法。仿真算例表明,对于任意容许的不确定性以及执行器故障,所设计的控制器能使系统鲁棒渐近稳定,且具有H_∞范数界。       

Research on fault-tolerant control of networked control systems based on information scheduling

A kind of networked control system is studied; the networked control system with noise disturbance is modeled based on information scheduling and control co-design. Augmented state matrix analysis method is introduced, and robust fault-tolerant control problem of networked control systems with noise disturbance under actuator failures is studied. The parametric expression of the controller under actuator failures is given. Furthermore, the result is analyzed by simulation tests, which not only satisfies the networked control systems stability, but also decreases the data information number in network channel and makes full use of the network resources.     

Adaptive failure compensation for uncertain systems with multiple inputs

The aim of this paper is to develop controllers for uncertain systems in the presence of stuck type actuator failures. A new scheme is proposed to design output feedback controllers for a class of uncertain systems having redundant control inputs, with which the relative degrees of transfer functions are different. To deal with these inputs using backstepping technique, a pre-filter is introduced before each actuator such that its output is the input to the actuator. The orders of the pre-filters are chosen properly to ensure all their inputs can be designed at the same step in the systematic design. To compensate for the effects of possible failed actuators, more uncertain parameters than system parameters are required to be identified. With the proposed scheme, the global boundedness of the closed-loop system can still be ensured and the system output can be regulated to a specific value when some of the actuators' outputs are stuck at unknown fixed values.     

基于观测器的非线性系统执行器死区故障的自适应跟踪控制

研究了一类具有不对称执行器死区故障的非线性系统的跟踪控制问题。基于扩张观测器,提出了一种新的自适应跟踪控制方法。取消了系统所有状态完全可测的限制。在死区模型所有参数以及系统非线性不确定项上界均未知的情况下,所设计的自适应控制器可以很好地消除执行器死区故障的影响,保证跟踪误差有界。仿真结果表明该方法的有效性。     

一类模糊时滞系统的非脆弱H∞保成本容错控制

应用线性矩阵不等式方法研究TS模糊系统的H∞保成本容错控制器的设计问题。针对含有容许的不确定参数和可能的执行器故障的模糊时滞系统,在考虑保成本函数取得最小上界的基础上,兼顾系统的H∞性能。以线性矩阵不等式的形式给出TS模糊系统H∞保成本容错控制器存在的充分条件,把控制器的设计问题转化为线性矩阵不等式的可行解问题。通过例子验证了所给出的H∞保成本容错控制器设计方法的可行性和有效性。     

Robust reliable guaranteed cost control for uncertain singular systems with time-delay

The robust reliable guaranteed cost control for uncertain singular delay systems with actuator failures and a given quadratic cost function is studied. The system under consideration involves constant time-delay and norm-bounded parameter uncertainties. The purpose is to design state feedback controllers which can tolerate actuator failure, such that the closed-loop system is stable, and the specified cost function has an upper bound for all admissible uncertainties. The sufficient conditions for the solvab...     

基于MCMC的模糊自适应重要抽样法

针对传统的基于马尔可夫链蒙特卡罗 (Markov chain Monte Carlo,MCMC)的自适应重要抽样法只适用于失效边界确定的系统,而不适用于失效域模糊的渐变结构系统问题,提出基于MCMC的模糊自适应重要抽样法。首先从模糊失效域内的某个初始点出发,根据Metropolis准则构造马尔可夫模拟样本点;然后利用自适应核密度估计构建核抽样概率密度函数并进行重要抽样;最后离散化模糊失效域以计算系统的模糊失效概率。该方法合理地解决了以往渐变结构系统性能可靠性难以仿真分析及仿真效率低的难题,具有较高的仿真效率和精度。应用舵机案例对方法的适用性及高效性进行了验证。     

Multiobjective fault detection and isolation for flexible air-breathing hypersonic vehicle

An application of the multiobjective fault detection and isolation (FDI) approach to an air-breathing hypersonic vehicle (HSV) longitudinal dynamics subject to disturbances is presented. Maintaining sustainable and safe flight of HSV is a challenging task due to its strong coupling effects, variable operating conditions and possible failures of system components. A common type of system faults for aircraft including HSV is the loss of effectiveness of its actuators and sensors. To detect and isolate multiple actuator/sensor failures, a faulty linear parameter-varying (LPV) model of HSV is derived by converting actuator/system component faults into equivalent sensor faults. Then a bank of LPV FDI observers is designed to track individual fault with minimum error and suppress the effects of disturbances and other fault signals. The simulation results based on the nonlinear flexible HSV model and a nominal LPV controller demonstrate the effectiveness of the fault estimation technique for HSV.     

具有状态和控制时滞系统的鲁棒容错控制研究

研究一类不确定时滞系统的鲁棒容错控制问题。针对既有状态滞后,又有控制输入滞后,且假定状态和控制输入的不确定项均是范数有界的线性系统,通过引入无记忆状态反馈控制器,基于Lyapunov稳定性理论和LMI方法,给出了一个在传感器完全失效或执行器完全失效故障情况下具有鲁棒容错性能的充分条件,并用求解线性矩阵不等式组方便地得到容错控制器设计结果。最后用算例验证了该设计方法的有效性和可行性。     

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。     

四旋翼飞行器时延积分反演容错控制

针对四旋翼飞行器在飞行过程中会出现执行机构故障,提出了一种简单有效的容错控制方法,该方法是将积分反演控制技术与时延控制(time delay control,TDC)技术相结合得到的。采用积分反演控制方法设计基本控制器,在此基础上利用TDC技术的逼近能力来补偿执行机构可能出现的故障,该方法省去了在线的故障检测和估计,仅需要一步状态迭代即可,仿真结果表明该控制器对执行机构故障具有较强的鲁棒性。     

具有混合执行器故障的多智能体分布式有限时间自适应协同容错控制

针对多智能体编队系统执行器发生故障时,所引起的参数不确定以及系统瞬态不稳定问题,本文采用径向基函数神经网络(radial basis function neural networks, RBFNNs)对不确定参数(未知函数)进行估计。同时,基于反推技术设计出合理的自适应容错控制器,并通过有限时间理论保证系统实现瞬态稳定。首先,本文采用10个智能体作为被控对象,基于有向通讯拓扑结构理论,构建了非线性多智能体系统模型。其次,基于RBFNNs逼近特性,采用反推技术与动态面技术相结合,设计出合理的容错控制器,补偿多智能体中出现的未知非线性执行器故障,并采用有限时间理论解决系统瞬态不稳定问题。接着,基于Lyapunov稳定性理论分析了控制器的稳定性和快速收敛性。最后,通过两种算例对比,验证了所设计的控制器性能优于传统的反推技术,为工程实践提供了一种有效的研究思路。