基于鲁棒观测器的船舶舵机伺服系统故障检测

针对船舶舵机伺服系统的非线性和运行时受未知时变干扰的问题,提出了基于非线性鲁棒观测器的故障检测方案,可以在干扰力信息未知的情况下,对系统进行有效的故障检测.在对系统建模后,给出了观测器的设计步骤和存在条件,并采用线性矩阵不等式来解决观测器的求解问题.搭建了基于NI-PXI设备的故障检测实验台,在线检测观测器的观测能力、鲁棒性以及对故障的检测能力,设计了自适应阈值进行故障决策解决系统瞬态误报警的问题.实验结果表明:所提的故障检测方案有效且可用于在线故障检测,优于现有的一些故障检测方案.     

一类非线性不确定系统的滑模观测器设计及其在故障检测中的应用

研究了一类非线性部分满足Lipschitz条件的非线性不确定系统的鲁棒滑模观测器的设计问题。提出了一种将Thau观测器与Walcott-Zak观测器结合的非线性鲁棒滑模状态观测器设计方案,并利用Lyapunov定理证明了状态观测误差最后一致收敛于一个紧集。将所设计的滑模观测器应用于故障检测,仿真实验结果验证了该方法的有效性。     

电液伺服系统的小波自适应鲁棒反演控制

针对电液伺服系统,提出了一种小波自适应鲁棒反演控制方法.用两个小波神经网络来逼近电液伺服系统中的模型未知部分、参数不确定项和虚拟控制的导数,所有小波神经网络的参数均实现在线调节.控制律和自适应律的设计保证了闭环系统一致且最终有界,从而达到对非线性电液伺服系统稳定跟踪控制的目的.鲁棒补偿器的设计进一步改进了电液伺服系统的跟踪性能.仿真结果表明,该方法能较好地满足控制精度的要求,同时系统具有较强的适应性和鲁棒性.     

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.     

NCS的事件触发通讯机制与主被动混合鲁棒容错控制设计

针对具有时变时延的不确定线性网络化控制系统,在离散事件触发通讯机制下,研究了执行器任意失效故障情形下的主被动混合鲁棒容错控制.首先建立基于离散事件触发通讯机制的闭环故障NCS模型,并基于H∞控制思想,设计了鲁棒故障检测观测器;其次通过离线设计的被动鲁棒容错控制器确保系统在已知故障发生时稳定,未知故障发生初期减缓系统性能下降速度;同时利用鲁棒故障检测观测器实时在线检测故障,并重构控制器补偿任意未知故障对系统的影响.最后通过仿真算例验证了文中方法的可行性.     

模型-数据联合驱动的船舶舵机电液伺服系统早期故障检测

提出了一种模型-数据联合驱动的船舶舵机电液伺服系统早期故障检测方法.首先,建立了系统状态方程,对系统中的常见故障进行了模型解析,并对系统中的各类不确定因素进行了分类分析.其次,为减少各类不确定因素的影响,采用混合式处理方法进行逐层削减.利用系统正常运行状态下的输入输出数据先对系统中的不确定参数进行有效辨识,通过设计鲁棒故障检测观测器来对系统中的固有非线性和未知时变外负载力进行处理和解耦.为了能够对早期故障进行有效检测,利用实际及观测系统数据,构建了基于神经网络的补偿模型,可进一步削减剩余不确定因素对故障检测的影响,从而提高故障敏感性.最后,通过仿真和实验共同验证了这种模型-数据联合驱动故障检测方法的有效性,该方法可用于船舶舵机电液伺服系统及类似系统的在线早期故障检测.     

基于多级观测器的液压伺服系统自适应故障检测与隔离

针对传统的基于固定阈值的故障检测及诊断方法虚警率高,无法有效实现液压伺服系统的故障检测与隔离,提出了一套基于多级观测器的液压伺服系统自适应故障检测与隔离方法。首先,采用第1级RBF网络作为液压伺服系统观测器,通过比较观测器估计输出值与实际系统输出得到残差信号。其次,采用第2级RBF神经网络产生自适应阈值,实现了液压伺服系统自适应故障检测。最后,采用小波包分析提取残差信号特征,利用第3级RBF神经网络实现系统的典型故障隔离。实验结果表明,利用多级观测器模型能够有效实现液压伺服系统的自适应故障检测及隔离。     

存在干扰和数据包丢失的网络控制系统鲁棒H_∞故障诊断

针对一类同时存在未知干扰输入和传感器数据包丢失的网络控制系统,假定其可能发生故障,设计了鲁棒H∞状态观测器,对其进行故障检测。首先对此类网络控制系统进行了建模,建立了系统的状态观测器,并将该观测器误差方程等效为离散切换系统。然后基于李雅普诺夫稳定性理论,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。为了增强鲁棒性和灵敏度,将阈值的选取归结为具有线性不等式约束的最小化问题。最后的仿真示例验证了文中方法的有效性。     

基于扰动观测器的电液系统压力控制

针对采用流量阀作为控制元件的电液系统,设计一种基于扰动观测器的非线性鲁棒压力控制器。在该系统中,压力控制性能受到负载流量的不利影响。研究中负载流量被分成时变的未知负载流量与可以建模的泄漏流量2个部分:前者是干扰压力控制的主要因素,为此在建立系统动力学模型的基础上设计非线性扰动观测器以估计未知负载流量;应对后者的方法则是首先建立其解析模型,然后在控制器中对其进行模型补偿。基于上述两点并考虑系统动力学的非线性特性,采用滑模控制技术综合系统压力的非线性鲁棒控制器。实验结果表明:所设计控制器在存在负载流量干扰的情况下实现精确且迅速的压力跟踪控制,表现出良好的性能鲁棒性。     

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.     

非线性摄动时滞系统故障诊断

针对一类含有未知输入和非线性摄动的状态时滞系统,采用基于自适应观测器的故障诊断系统的设计方法,以线性矩阵不等式的形式给出此问题解的存在条件及求解算法,并论证了系统的鲁棒稳定性,给出了对故障检测具有高灵敏度、零误报率的阚值判断公式.设计的自适应观测器具有双重功能:首先作为故障检测观测器能够检测出故障的发生,然后作为故障诊断观测器能够理想地估计出故障随时间的变化曲线.此算法既能诊断突变故障,又能诊断缓变故障.仿真结果表明算法具有良好的诊断性能.     

含未知输入的Lipschitz非线性广义系统的观测器设计

考虑了一类含有未知输入的Lipschitz非线性广义系统的鲁棒观测器设计问题.设计了一种非线性广义系统的未知输入观测器；当系统干扰无法消除时,设计出了一种鲁棒观测器.证明了它们的存在判据，并给出了具体的设计步骤.算例说明了方法的有效性.     

基于滑模观测器的非线性系统故障检测与重构

 为提高控制系统的安全性和可靠性,针对非线性系统传感器的故障诊断问题,提出一种利用滑模观测器进行故障检测和重构的方法。首先引入积分变量将传感器故障转化为执行器故障,通过对执行器故障的诊断间接诊断传感器故障。针对转化后的系统构造滑模观测器,进而实现传感器故障重构。采用Lyapunov稳定性理论,证明设计的滑模观测器的稳定性。对于构造的滑模观测器,给出一种用线性矩阵不等式方法求解的简便算法。最后,对于文献中给出的非线性系统,就不同的故障类型作用在传感器上的几种情形进行仿真。仿真结果表明,所设计的滑模观测器能够准确地重构非线性系统中传感器的缓变故障和突变故障;当系统存在未知扰动时,所设计的滑模观测器也能准确地重构故障。该方法从开始就对故障进行重构,避免了产生和评价残差信号的复杂性。     

网络控制系统的故障检测

针对一类同时存在时变时延与随机丢包的网络控制系统,研究了系统的鲁棒故障检测问题。考虑传感器与控制器之间、控制器与执行器之间的随机丢包与时变时延的现象,首先将时变时延对系统的影响转化为未知有界条件下的不确定项,再将随机丢包用满足Bernoulli分布的二进制序列来描述,并设计了系统的鲁棒 故障观测器,给出了基于观测器闭环系统渐近稳定的充分条件。最后,通过仿真验证了该方法的有效性。     

基于核回归区间模型的电液位置伺服系统故障检测

针对电液位置伺服系统在运行过程中存在非线性、干扰性、复杂性以及参数不确定性等问题,提出了基于核回归区间模型的电液位置伺服系统故障检测方法。该方法利用反映系统诸多不确定性的无故障可测输入-输出数据,建立能控制核回归模型精度、又能平衡该模型结构复杂性的区间模型,用于判断电液位置伺服系统的实际输出是否越过系统健康运行时的区间输出,进而实现故障检测。该方法由于考虑了基于区间的动态阈值对故障进行检测,消除了传统的固定阈值易引起故障误报现象,所以具有一定的自适应性能力。实验论证了所提出的故障检测方法,可用于电液位置伺服系统故障的实时检测。     

基于观测器的非线性系统鲁棒H_∞可靠控制

针对非线性不确定系统,在执行器发生故障的情况下,研究了系统的鲁棒H_∞可靠控制器和系统状态观测器的设计.从Lyapunov稳定性和鲁棒H_∞可靠控制的定义出发,通过构建观测器型状态反馈的闭环控制系统,得到了鲁棒H_∞可靠控制器和状态观测器需要满足的不等式.利用相关引理,将不等式转化为等价的线性矩阵不等式,给出了系统的控制器和状态观测器的表达式.经仿真验证,所设计的基于观测器的非线性不确定系统的鲁棒H_∞可靠控制系统,在执行器失效时系统对允许范围内的结构不确定性具有一定的抗干扰和容错能力,检验了所提出方法的有效性和可行性.     

大摩擦力矩下电液伺服系统高精度控制与实验分析

为了实现大摩擦力矩中空液压马达系统高精度跟踪控制,提出了一种基于滑模状态观测器的变结构控制策略,分析了滑模变结构控制规律和滑模状态观测器的理论与实现方法,采用LuGre动态摩擦模型和滑模观测器实现了非线性摩擦力矩的动态补偿.实验结果表明：在超低速、大摩擦力矩存在的情况下,所提出的控制策略实现了非线性电液伺服系统的高精度轨迹跟踪控制.     

基于观测器的一类Lipschitz非线性系统鲁棒控制器的设计

讨论了一类Lipschitz非线性系统基于观测器的鲁棒镇定问题,所考虑的系统具有非线性时变扰动项,设计了状态观测器与状态反馈控制器使得其能够镇定一类Lipschitz非线性系统.利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMIs)方法,给出了该系统基于观测器的鲁棒镇定的充分条件,并通过求解LMIs构造了系统鲁棒稳定的基于观测状态反馈的控制器,所得结果减少了控制器设计的盲目性.最后,通过仿真实验证明了该方法的可行性.     

非线性分布参数系统鲁棒故障检测观测器设计

针对一类由偏微分方程(PDE)描述的非线性分布参数系统的鲁棒故障检测观测器(FDO)设计问题进行了研究.采用模态分解法将PDE系统变换成一个等价的无穷维常微分方程(ODE)系统,并根据空间微分算子的特征谱,将无穷维ODE系统表达成有限维慢子系统与无穷维快子系统相耦合的形式.基于慢子系统模型设计有限维FDO,使得无故障残差系统在容许的未知非线性动态和快子系统动态影响下依然渐近稳定,并设计相应的检测门限,以实现故障检测.仿真结果验证了所提方法的有效性.     

非线性摄动时滞系统的H∞/H_鲁棒故障检测

基于H∞/H_滤波器技术,探讨了一类具有非线性摄动的时滞系统的鲁棒故障检测问题.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.基于线性矩阵不等式(LMI)的方法,将故障检测问题转化为系统鲁棒稳定性的分析问题.并给出了该问题解的存在的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,从而提高了故障检测的效果.仿真结果表明,该方法是可行和有效的.