分布式网络环境下系统跳变执行器故障诊断

针对存在输入干扰的分布式网络环境下系统跳变执行器故障问题,建立了连续时间马尔可夫跳变执行器故障系统模型,并设计了残差生成器.对于多系统网络传输下存在系统跳变的情况,首先在空间几何方法中的不可观测子空间以及空间分割投影运算基础上,运用H∞优化技术和线性矩阵不等式(LMI)方法完成残差生成器参数求解,实现残差对输入的解耦以及与故障的对应关系,并通过残差输出值与预设阈值对比来确定系统中的故障情形,最终完成分布式网络下系统跳变的执行器故障检测与隔离.通过仿真实验验证了算法的有效性.     

分布式测量下闭环系统的故障检测

研究了一类含分布式测量的闭环系统故障检测问题.系统中存在的未建模动态使得反馈控制对残差信号以及故障检测性能产生影响,在设计残差生成器增益时需考虑反馈控制律.系统被多个分布式传感器节点同时测量,各节点可以与相邻节点通信.在存在模型不精准和分布式测量的情况下,基于最小二乘准则设计分布式残差生成器,每个节点都利用自身测量和相邻节点测量生成残差信号并判断系统中是否有故障发生.该残差生成器可以利用递推方法设计,因此适用于在线应用.仿真实验表明了本方法的有效性.     

一类具有执行器故障的马尔科夫跳跃系统容错控制

研究一类转移概率部分已知马尔科夫跳跃线性系统的自适应容错控制问题.所考虑的转移概率情况更具一般性,即转移概率包括完全已知,未知但已知转移概率的上下界和完全未知三种情况.针对执行器失效故障,首先设计自适应故障估计器;而后,基于故障参数的估计值设计鲁棒补偿控制器,保证系统在发生执行器故障时的鲁棒稳定性.在处理未知转移概率时,采用自由权重的方法,以保证所得线性矩阵不等式条件具有更小的保守性.最后,数值仿真算例验证了所提方法的有效性.     

具有状态和控制滞后的不确定系统的鲁棒容错控制

研究了一类具有状态和控制滞后的不确定线性系统的鲁棒容错控制问题,考虑传感器和执行器两种失效情况,基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ渐近稳定性理论讨论了不确定时滞系统在故障情形下的鲁棒镇定问题,给出了闭环系统具有鲁棒容错特性的充分条件,通过构造辅助的代数Ｒｉｃｃａｔｉ方程给出了控制器的设计方法,仿真算例表明了该设计方法是可行的。     

两类故障的鲁棒容错控制

为提高系统可靠性,改善系统故障情况下的容错控制效果,推导出系统传感器和执行器两类故障的统一数学模型,同时考虑控制对象的不确定性,基于Lyapunov渐近稳定性理论和Riccati方程研究鲁棒容错控制器设计方法,设计基于状态观测器的船舶航向/横摇鲁棒容错控制器,并对其进行仿真检验.结果证实了该方法的有效性.     

汽车侧倾角速度传感器的故障诊断和重构

针对汽车侧倾角速度传感器故障对控制系统的影响问题, 提出了一种基于模型的故障诊断和故障重构方法, 并给出了系统的理论证明。对于满足Lipchitz 条件的多输入多输出非线性系统, 可应用带有模型不确定性的一维线性状态方程作为其等效模型, 进行传感器的故障诊断。并在此基础上应用经典的观测器理论设计了残差生成器, 通过特征结构配置的方法, 证明了模型不确定性、执行器故障和干扰可以实现在残差中的完全去耦。采用整车的八自由度模型进行Simulink 仿真, 结果证明了结论的有效性。与其他方法相比, 笔者算法得到的残差具有很强的鲁棒性, 重构出的传感器信号具有很高的精度。     

基于H∞理论的中立型时滞系统鲁棒故障检测

基于观测器方法研究了一类具有不确定扰动的中立型时滞系统的鲁棒故障检测问题。应用H∞控制理论给出了带记忆观测器的鲁棒渐近稳定条件，并研究了基于线性矩阵不等式的观测器增益阵设计方法。利用所设计的故障检测观测器可使获得的故障检测残差在对不确定扰动具有抑制水平γ的同时，对故障信号具有L2增益ρ，从而体现了残差对不确定扰动的鲁棒性和对故障信号响应的灵敏度。仿真算倒表明，运用该方法进行鲁棒故障检测是有效的。     

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.     

马氏参数非精确可测得情况下的线性跳跃系统鲁棒自适应控制

讨论了一类不确定混合线性系统在其Markov跳跃参数所处模态非精确可测得情况下的鲁棒自适应控制问题.基于混合系统模式下的LaSalle稳定性定理,对系统不确定部分的未知范数上界给出了一种参数自适应估计方法并设计了相应的鲁棒自适应控制律,实现了不确定混合线性系统以概率1渐近稳定.设计了仅依赖于跳跃参数的非精确测量值的鲁棒控制律.仿真结果验证了该方案的有效性.     

基于观测器的线性系统鲁棒故障检测器设计

系统地研究了线性系统鲁棒故障检测器的原理和设计方法 ,确定了使线性系统鲁棒故障检测器能够降维所必需的故障检测器的数目 ,并依此提出了一种基于观测器的鲁棒故障检测器的设计方法 ,并将此结果应用于双闭环直流调速系统的故障诊断 ,表明了该方法是行之有效的 .图 2 ,参 6     

A Robust Fault Detection and Isolation Scheme Based on Unknown Input Observers for Discrete Time-delay System with Disturbance

This paper proposes a robust fault detection and isolation （FDI） scheme for discrete time-delay system with disturbance. The FDI scheme can not only detect but also isolate the faults. The lifting method is exploited to transform the discrete time-delay system into the non-timedelay form. A generalized structured residual set is designed based on the unknown input observer （UIO）. For each residual generator, one of the system input signals together with the corresponding actuator fault and the disturbance signals are treated as an unknown input term. The residual signals can not only be robust against the disturbance, but also be of the capacity to isolate the actuator faults. The proposed method has been verified by a numerical example.     

基于传感器最优配置的故障检测观测器设计

提出一种基于传感器最优配置的故障检测观测器设计方法．针对线性时不变动态系统，给出了故障检测观测器设计问题以及基于传感器最优配置的故障检测观测器设计问题的描述．通过最优地选择测量变量，使满足系统测量成本最低的情况下，达到对故障具有尽可能大的灵敏度，而同时对未知输入信号的影响具有尽可能强的鲁棒性目标．仿真算例说明了设计方法及算法的有效性．     

基于滑模观测器的卫星姿态控制系统滑模容错控制

针对卫星姿态控制系统执行机构故障,设计了基于滑模观测器的滑模容错控制律.采用迭代学习算法在线调节观测器滑模项切换增益,设计滑模观测器估计卫星姿态和角速度.在此基础上,将执行机构故障作为系统的未知动态,提出一种对卫星姿态控制系统执行机构故障不敏感的滑模容错控制方法.该方法利用系统输入和状态信息,结合动力学特性实现未知动态估计,以此设计滑模控制律.通过数字仿真验证了该容错控制方法的有效性.     

基于自适应滤波辅助残差χ2法的导航系统故障诊断方法

针对残差χ2法对软故障检测不敏感,且当量测噪声阵不准确时,也不能很好地检测突变故障的问题,提出了一种限制自适应滤波辅助残差法的诊断方法。基于贝叶斯理论推导出一种限制自适应滤波,利用其自适应调节性在线估计量测噪声阵,抑制滤波预报值跟踪软故障,以辅助残差χ2法进行故障检测。为了克服直接隔离故障法导致滤波精度降低,误检率增加的问题,提出了基于一步预测的故障处理和重构方法,即用前一时刻解算的结果预测当前时刻的导航信息。仿真结果表明,所提出的方法能实时有效地诊断出突变和软故障,保证系统在故障阶段的精度,并使系统在故障消失后及时恢复正常,提高了系统的可靠性。     

基于区间解析冗余关系的参数不确定性研究

本文主要目的是拓展基于区间解析冗余关系法I-ARRs(Interval valued Analytical Redundancy Relations)对不确定性混杂系统的故障检测。该方法产生一组对故障估计的阈值,一旦标称残差超过阈值,则故障能被检测。现有的故障检测方法主要是针对参数性故障,因此对测量信号导数的估计呈现出各种限制。而且在I-ARRs中对测量信号导数十分敏感,这不可避免地涉及到对残差的估计。为解决这一问题,利用鲁棒滑模微分器方法得到对含噪声测量信号导数最优估计,降低残差噪声,以减小虚警、漏报,从而提高鲁棒性。通过典型电力电子电路BUCK电路仿真,验证了此方法的有效性。     

一种基于故障参数与状态联合估计的多故障诊断方法

当需要诊断的故障数目较多、扩展故障参数后状态空间不可观测时 ,用一个故障诊断模型无法实现多故障诊断。为此 ,在分析了基于故障参数与状态联合估计的故障诊断方法原理的基础上 ,根据多个故障诊断模型之间存在的内在关系 ,提出了一种新的多故障检测和诊断方法 ,认为在某一段时间内 ,如有 n- 1(n为总故障数目 )个不同的两故障参数模型发出同一故障报警 ,则该故障报警有效。该故障诊断方法综合多个故障诊断模型的诊断结果 ,从而使一类复杂系统的多故障诊断成为可能。理论分析和仿真实验的结果证明该文所提出的方法是可行的 ,并且在工程上是易于实现的。     

A discrete PI fault observer design and application in variable speed wind turbine system

For the discrete-time system which is subjected to uncoupled actuator faults and sensor faults simultaneously, a robust fault diagnosis method based on a proportional integral observer (PIO) is presented. The proposed PIO uses an additionally introduced integral term of the output errors to obtain the estimation of actuator faults. Besides, the sensor faults are regarded as the augment states so that the PIO can trace them. Moreover, the convergence of the PIO is proved. A variable speed wind turbine(VWT) example is given to demonstrate the fast convergence and diagnosis precision of the proposed PIO.     

基于FRICA算法的非高斯过程故障检测方法

独立元分析(ICA)是一种有效的非高斯过程故障检测方法,但其建模过程仅仅使用正常工况数据,忽视了对先验故障工况数据的利用.针对此问题,提出了一种基于故障相关ICA(FRICA)算法的故障检测方法.该方法使用ICA算法提取正常工况数据中的非高斯特征成分;再将正常工况数据集和先验故障工况数据集融合在一起构成多工况数据集,利用非局部保持投影进行二次特征提取,获得故障判别成分;在两种特征成分的基础上构造新的监控统计量,并利用核密度估计得到相应的置信限,完成对实时数据的监控.连续搅拌反应釜(CSTR)系统的监控仿真结果表明:与基本ICA方法相比,FRICA方法能更有效地检测出过程故障.     

基于主成分分析法的变风量空调系统传感器故障诊断

在已经建立的建筑空调系统仿真器的基础上，针对变风量（VAV）空调系统的传感器故障，提出一种基于主成分分析（PCA）和法则相结合的传感器故障诊断方法。建立了PCA模型，将由传感器测量值所组成的测量空间分解为主成分和残差两个子空间，进行故障检测后再由基于法则的策略进行故障重构。仿真试验表明，该方法不仅能够准确地检测并隔离传感器故障，而且可以初步地进行故障重构，为进一步研究传感器的故障诊断提供了必要的基础。