基于几何方法的控制系统故障检测与隔离算法

本文针对控制系统的模型具有不确定性及易受干扰影响的情况,提出一种控制系统最优故障检测与隔离算法。首先,利用不可观测子空间的概念,将故障分割到不同的子空间,实现故障间的解耦。在故障检测与隔离滤波器存在可行解的条件下,构造残差,使其仅对某种特定故障可观测,而对其他故障均不可观测,实现残差对故障的隔离。之后利用H∞技术,抑制干扰对残差的影响,既提高了残差对特定故障的灵敏性,又增强了对干扰的鲁棒性。最后,通过仿真实例验证了所提方法的有效性。     

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.     

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。     

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。     

一种改进的故障检测算法在组合导航中的应用

为提高组合导航系统的容错性能,实时检测滤波器处理测量信息的有效性,针对组合导航系统突变故障的检测问题,提出了相应的改进算法. 该算法不仅对系统层面上进行故障探测,而且对故障进行定位和隔离,分析了作为假设检验量的标准化残差之间的相关性强弱对故障正确定位的影响,由此对基于标准化残差的故障检测与隔离算法进行了改进,实现子系统内部故障的正确定位与隔离. 实验结果表明,改进的算法能够更有效地利用多余观测量,从而提高组合导航系统的稳健性.      

基于随机化分析的等价空间故障检测方法

基于等价空间的故障检测可实现残差对控制输入与未知状态的解耦,已成为提高系统安全性与可靠性的重要技术手段。针对难以同时降低故障漏报率与误报率的问题,提出一种随机化分析辅助的等价空间故障检测方法。首先,在未知输入概率分布未知的情况下,设计基于等价空间的残差产生器,并应用Chernoff界引理,给出故障误报率的随机化分析方法。其次,针对零故障误报率阈值选取的强保守性问题,给出一定故障误报率容许条件下的阈值选取方法,实现了故障误报率与可检测率的均衡设计。最后以某型无人机飞行控制系统进行仿真实验,验证了提出方法的有效性。     

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。     

基于PCA-SVDD的冷水机组故障检测方法

分析了基于PCA-SVDD方法的冷水机组故障检测效率,结合PCA和SVDD方法的优点,提出了一种基于PCA-SVDD的冷水机组故障检测方法.通过PCA将正常数据所在的测量空间分解为主元子空间和残差子空间,取正常数据的残差子空间得分矩阵作为目标类数据建立SVDD模型,利用RP-1043中冷水机组实验数据验证故障检测性能,并与传统PCA和SVDD冷水机组故障检测结果进行对比.结果表明:PCA-SVDD方法可用于冷水机组故障检测,进一步提高了故障检测能力,且故障检测结果整体优于传统SVDD和PCA方法;用于冷水机组常见的故障检测,获得了较高的冷水机组故障检测效率.此方法有利于及早发现故障,减少损失,对小幅故障检测效率的提高尤为明显.     

基于不同安全车距策略的自适应巡航控制稳定性研究

在自适应巡航控制系统的基础上,建立了固定车距和固定时距两种策略下的车辆跟随安全车距模型。针对固定车距策略,研究了在有、无领车的情况下车队的稳定性;针对固定时距策略,研究了其在理想情况下和引入机械延迟、通信延迟的情况下车队的稳定性。并且从车辆跟随误差的传递函数角度出发,给出了能够保障车队稳定的参数关系。最后,通过Matlab数值仿真,结果表明当各参数满足车队稳定性条件时,能保证整个车队的稳定行驶。     

组合导航系统故障检测问题研究

组合导航系统常用χ＾２检验法检测故障,本文通过对一ＳＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航系统的仿真分析了残差、状态２种χ＾２检验法对各种故障的敏感性,把２种χ＾２检验法相结合,建立起简单的故障检测／隔离专家系统,提高了导航系统的精度和可靠性。     

线性离散系统间歇故障的鲁棒检测方法

针对一类存在未知扰动、过程噪声和测量噪声的离散线性随机动态系统,研究了其鲁棒间歇故障检测问题.设计了降维未知输入观测器的输出,通过引入滑动时间窗口构造了截断残差信号,使得该残差信号对未知扰动解耦而对间歇故障敏感;针对间歇故障的发生时刻和消失时刻,分别提出了2个假设检验,在给定误报率和漏报率的情况下,分别定量确定了间歇故障发生时刻和消失时刻的检测阈值以满足检测性能要求,并在概率框架下分析了间歇故障的可检测性.同时,在某卫星模型上对所提出的方法进行了仿真验证.结果表明,所提出的方法能够快速、准确地检测出间歇故障的发生时刻和消失时刻.     

一种合成残差式的反作用轮故障检测方法

为了在地面根据卫星遥测数据有效把握在轨卫星反作用轮的健康状态,设计了一种合成残差式的反作用轮故障检测方法.该方法针对在轨遥测数据的特点,根据实际可获得的闭环控制反作用轮遥测数据,利用极端梯度提升(XGBoost)回归模型进行转速预测生成残差,并结合黏性摩擦因数对摩擦力矩突变的敏感性进行故障检测.此外,还针对在轨遥测数据不完备的情况,对检测方法进行了验证.结果表明,该方法对于常见的在轨卫星反作用轮故障均有较好的检测效果.合成残差式故障检测方法不依赖于故障样本,对于数据样本的要求也较低,因此在实际地面故障检测系统中具有一定的应用价值.     

基于键合图模型的机车制动系统故障检测与隔离

针对机车制动机列车管压力控制模块,采用键合图理论开展了动态建模分析,由建立的故障键合图模型推导出相应的解析冗余关系,提取出完整的故障特征矩阵.利用序贯概率比检验方法对采集的监测数据进行连续判读,实时跟踪识别工况下的系统异常状况,并将得到的残差状态向量同故障特征矩阵进行匹配,实现对故障部件的检测与隔离.仿真实例验证了建议方法的技术可行性.     

基于多信号模型的引信测试性建模

针对目前武器系统测试性设计技术滞后于装备研制水平的问题,提出采用多信号模型法评估系统测试性。多信号模型法基于一种分层建模的思想,在系统结构的基础上以分层有向图表示信号流向和各组成单元的连接关系。通过定义功能、故障模式、测试与信号之间的关联性来表征系统的一种模型表示方法。文中建立了引信系统的多信号模型,针对引信作用失效故障模式。对系统测试性进行了评估并给出了量化结果,如故障检测率、故障隔离率、故障隔离模糊群组、未被检测的故障、未被使用的测试等。仿真结果表明,该方法能够快速、准确地实现故障检测与隔离,具有建模简单、模型失真度小、通用性强等特点,对提高产品可靠性。降低全寿命周期费用具有重要意义。     

基于双层自适应集成残差主成分分析的复杂非线性过程监测

多元统计监测方法常使用正常数据选取特征,而现实过程中,不同的故障将影响不同的特征,并且这些特征可能随着时间和控制系统的作用而变化。当故障发生并随时间变化时,要想获得更好的故障检测能力,就需要聚集有效的故障敏感特征。本文提出了一种双层自适应集成残差主成分分析(AERPCA)模型,其子模型包含不同的特征,并突出地呈现一个或多个相关故障。首先,根据正常数据计算主成分分析（PCA）特征,利用不同特征构建线性子模型和相应的残差空间。考虑到残差空间的非线性特性及有效特征更为分散,采用核PCA(KPCA)提取不同的特征并组成同一残差空间下不同KPCA子模型。然后,利用贝叶斯方法获取集成KPCA子模型,完成各残差空间的划分和集成。最后,在主空间中获得多个线性子模型以及在残差空间中获得多个集成的非线性子模型后,利用滑动窗口确定当前时刻监控效果最好的模型。采用田纳西-伊士曼过程验证了AERPCA的有效性。     

提高空调系统传感器小故障检测能力的方法研究

提出了用主成分分析法建立系统的模型,通过检测测量数据在残差子空间内的投影大小来检测故障.分析认为造成传感器小故障难于检测的原因在于测量数据的嗓声太大,并提出采用指数加权滑动平均滤波器来提高系统小故障检测能力的方法.实验表明,方法是有效的.图3,参8.     

基于EKF的无人机飞行控制系统故障检测

无人机飞行控制系统是一种典型的多传感器闭环控制系统,其执行机构与传感器故障会严重影响系统的安全性与可靠性,针对无人机飞行控制系统故障检测问题的研究具有重要的意义.本文考虑了一类无人机闭环非线性飞行控制系统的故障检测问题,针对风扰动影响下无人机纵向非线性系统模型,设计基于扩展卡尔曼滤波器的残差产生器,并应用χ2检验对残差进行评价,实现无人机闭环控制系统的故障检测.同时,基于某型无人机Simulink仿真平台进行仿真实验.结果表明,所提出的方法能够实现空速管堵塞故障和升降舵部分失效故障的检测.     

过驱动系统故障检测与隔离方法研究

由于过驱动系统具有故障特征之间严重耦合的特点,传统的故障诊断方法不能有效对其进行故障检测与隔离.针对这一问题,基于几何理论中的不变子空间理论,通过空间投影运算,提出一种新的故障检测与隔离方法,解决了过驱动系统故障检测与隔离问题.该方法不仅对单个故障可以实现检测与隔离,而且对并发故障同样具有很好的检测与隔离效果.仿真结果验证了该方法的有效性.     

级联系统执行器故障的自适应诊断

针对一类非线性级联系统的执行器增益故障诊断问题,提出了基于自适应观测器的故障诊断方法.考虑理想情况下的非线性级联系统模型,研究带有未知扰动的非线性级联系统模型.通过设计的自适应检测观测器而产生残差,将残差与事先设定的阈值比较,来确定故障是否发生.所设计的自适应诊断观测器保证了残差信号的收敛及对故障的准确估计;在具有扰动情况下,可以确保信号指数衰减到残差集.对风力发电机非线性级联系统模型的仿真实验验证了设计方法的有效性.     

基于导弹LPV模型的故障检测滤波器

研究了导弹竖直平面动力学LPV模型的故障检测和隔离滤波器的设计问题.LPV故障检测滤波器利用几何控制的概念,是基于线性时不变系统的故障检测滤波器的扩展.建立了用于LPV故障检测滤波器设计的导弹模型以及导弹舵机执行器和角速度传感器的故障模型,在此基础上设计了一组FDI滤波器来检测和隔离这些故障.仿真结果验证了这组FDI滤波器的有效性.