IMU/GPS车辆导航系统故障检测与隔离新方法

提出一种基于IMU／GPS车辆组合导航系统故障检测与隔离的新方法。该方法两次构造奇偶向量，根据奇偶向量服从的统计分布来逐次完成故障予系统的检测与隔离，并采用极大似然估计法对故障向量进行了估计与修复校正。仿真结果表明，该方法能够准确及时地检测与隔离出故障予系统，并有效地提高了组合系统的容错性能。     

控制系统故障检测与诊断技术的最新进展

对故障检测与诊断(FDD)技术在控制领域的最新进展进行了综述,内容主要包括三类基本方法,即:基于解析模型的FDD、基于信号处理和基于知识的故障检测与诊断方法。重点评述了近年来发展起来的信息融合方法、多Agent方法、鲁棒故障检测、网络控制系统的故障诊断等。最后介绍了故障检测与诊断技术在控制系统中的若干应用成果,并指出尚待解决的主要问题和值得进一步研究的方向。     

控制系统故障检测与多模型混合估计方法

讨论了现有控制系统故障检测与诊断方法中存在的问题,指出了基于多模型估计理论的系统故障检测是一种值得注意的发展方向,简要说明了多模型估计方法的基本原理,介绍了交互式多模型混合估计方法在控制系统故障检测与诊断中的具体应用技术,分析了多模型混合估计理论的发展方向.     

具有异步时延的网络化控制系统故障检测

针对具有异步信号时延的离散系统，研究了在异步时延下基于观测器的故障检测及其设计问题。首先提出了一个存在异步时延下系统的故障检测模型，该模型保持了系统的定常性和时不主特性。同时在此模型上构造了异步时延系统的状态观测器，并依据系统观测误差通过合理地选择湮灭加权矩阵的方法构建了频域内的故障检测残差发生器。最后通过一个摆式列车试验模型的仿真检验了设计方法的有效性。     

基于自抗扰控制器的飞机纵向自修复飞行仿真

自修复飞行控制是先进飞行控制系统的重要研究内容,它可以提高飞机的可靠性和生存能力.针对含有推力矢量的非线性飞机模型,提出了利用自抗扰控制技术实现其俯仰运动自修复飞行控制的新方法.在平尾损伤率0～100%的情况下,该方法无需故障模型,利用自抗扰控制器的特性,加入推力矢量参与舵面重构控制,仿真结果表明:自抗扰控制器实现了对俯仰角的自修复控制,能保持飞机的闭环稳定性,且具有良好的动态性能;推力矢量的使用增强了飞控系统的自修复能力.     

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。     

信号故障检测的自相关方法

本文将信号的自相关特性应用到故障检测中,给出了故障检测的表达式,分别讨论了两类信号的故障检测实现方法,还给出了检测故障的算法。仿真结果表明,自相关方法用于故障检测是可行的。该方法可应用到设备内部自测试中,并可完成周期信号的在线故障检测。     

基于等价空间的网络控制系统故障检测问题研究

研究了网络控制系统的故障检测问题。对于一类网络时延为不确定情况的网络控制系统,得到了系统的具有模型不确定性的离散时间模型。将等价空间故障检测方法中的等价向量扩展为等价矩阵的情况,进而可将残差产生器的设计问题归结为受线性矩阵不等式约束的多目标优化问题,并可应用线性矩阵不等式技术求解等价矩阵。同时还讨论了对残差评估问题。算例验证了提出方法的有效性。     

基于神经网络的飞控系统实时容错设计与仿真

为了提高系统的可靠性与容错能力,提出了基于径向基神经网络的飞行控制系统传感器实时容错策略.利用改进的梯度下降优化算法来设计神经网络,以提高网络的学习速度和映射能力;基于网络的逼近性能,建立在线神经网络辨识模型;考虑到系统闭环反馈与实时控制的特性,使用多个辨识模型的信息进行传感器故障的定位和信号重构.应用某型飞机进行仿真,在保证闭环系统稳定的前提下,实现了传感器的在线故障隔离与信号重构,达到了预期的效果.     

飞行器自抗扰姿态控制优化与仿真研究

以飞行器姿态控制为背景,设计了俯仰、横侧（解耦）自抗扰控制器。通过扩张观测器的动态补偿获得控制器的鲁棒性。通过被控对象执行机构特性和所希望的闭环性能确定控制器参数的范围。被控对象的状态方程和扩张观测器方程组合在一起,形成扩展状态方程,把控制参数的确定,转化为线性矩阵不等式的求解。仿真结果表明,控制器具有很强的鲁棒性,适应性,快速性和优良的控制品质。

Abstract：

Active Disturbance Rejection Control （ADRC） based pitch attitude and lateral decoupling control were proposed. Robustness was obtained by dynamic compensation of Extended State Observer （ESO）, and the control parameters’ bounds were determined by combination of actuator’s characteristics and specified closed-loop performance. The parameters’ optimization was carried out by LMI approach based on expanded state equations containing the plant and the ESO. The simulation results show that the controller has strong robustness, adaptability and good performance.     

奇异时滞系统的鲁棒故障检测和分离观测器

讨论了一类不确定奇异时滞系统的鲁棒故障检测和分离观测器(RDO)设计问题,设计所有的观测器使得它们的冗余信号对非故障因素具有鲁棒性,并设计每个观测器使其冗余信号对一组特定的故障不敏感而对其余故障敏感。给出了RDO存在的充分条件及有效的设计算法,并讨论了故障集合不同划分的RDO设计之间的关系,最后给出一具体算例来说明该方法的有效性。     

超机动飞行的非线性鲁棒自适应控制系统研究

针对飞机模型中存在气动参数不确定性以及外界干扰等影响因素,设计了一种超机动飞行的非线性鲁棒自适应控制系统。控制系统设计过程中,模型不确定性和外界干扰由RBF神经网络在线补偿,控制律及神经网络权值自适应律由反步法得到。解决了系统中控制增益矩阵未知,同时存在外界干扰情况下的鲁棒飞行控制系统设计,并证明了闭环系统所有信号有界,系统跟踪误差和神经网络权值估计误差指数收敛到有界紧集内。对所研究的飞行控制系统进行了过失速Herbst机动仿真,结果验证了该系统在过失速机动条件下具有良好的控制性能。     

飞控系统主动容错控制技术综述

从控制工程的角度对目前飞行控制系统和空中交通的主动容错控制方法进行了归纳和总结。首先分析了飞行控制系统主要的故障类型,包括舵面故障、传感器故障和过程故障。然后根据线性和非线性飞机模型,分别介绍了相关的容错控制技术,主要分为基于模型和基于知识两大类。对于空中交通系统的容错控制技术也做了深入的阐述。最后,对飞行控制系统主动容错控制技术领域目前存在的一些问题以及未来的发展方向进行了探讨。     

基于故障检测的自适应重构控制及其应用

为了降低加入自适应控制后被控系统的复杂程度,同时使被控系统在发生故障时仍具有良好的性能,提出了故障检测加自适应重构控制的方法,在系统无故障的情况下不加入自适应重构控制,使系统相对简单,同时对系统进行故障检测;当检测到系统发生故障时,加入自适应重构控制,使系统具有良好的性能。采用的故障检测方法和切换开关既简单又有效。通过对一个飞控系统的仿真研究,表明了该方法的有效性。     

New robust fault-tolerant controller for self-repairing flight control systems

A new robust fault-tolerant controller scheme integrating a main controller and a compensator for the self-repairing flight control system is discussed. The main controller is designed for high performance of the original faultless system. The compensating controller can be seen as a standalone loop added to the system to compensate the effects of fault guaranteeing the stability of the system. A design method is proposed using nonlinear dynamic inverse control as the main controller and nonlinear extended state observer-based compensator. The stability of the whole closed-loop system is analyzed. Feasibility and validity of the new controller is demonstrated with an aircraft simulation example.     

Robust fault detection and diagnosis for uncertain nonlinear systems

This paper considers robust fault detection and diagnosis for input uncertain nonlinear systems. It proposes a multi-objective fault detection criterion so that the fault residual is sensitive to the fault but insensitive to the uncertainty as much as possible. Then the paper solves the proposed criterion by maximizing the smallest singular value of the transformation from faults to fault detection residuals while minimizing the largest singular value of the transformation from input uncertainty to the fault detection residuals. This method is applied to an aircraft which has a fault in the left elevator or rudder. The simulation results show the proposed method can detect the control surface failures rapidly and efficiently.     

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.     

一种简单的Lorenz混沌振动主动隔振方法

以消除仪器设备中破坏性混沌运动为研究目标,在分析传统控制方法基础上,结合滑模控制原理,提出了简化的滑模控制方法。并且通过滑模控制的数学分析论证与仿真实验观察,确定了Lorenz系统状态变量的反馈变化对混沌系统有界的影响关系。运用提出的简化Lorenz系统控制变量方法所建立的消除波纹控制器,可以隔离设备中的Lorenz混沌振动,避免了仪器损坏。仿真结果证明了该方法的有效性。     

信息融合技术在某试验指挥控制系统中的应用

针对靶场试验指挥控制系统中的信息融合需求,提出了一种改进的联合卡尔曼滤波算法,用计算加权系数的方法代替原来的计算加权矩阵,从而避免了求解滤波误差方差阵的逆矩阵。以GPS系统和地面某雷达的测量数据为例,对该算法进行了计算机仿真。结果表明,该算法对于抑制滤波发散、提高整个系统的精度和运算速度是行之有效的。