飞船系统故障诊断的知识模型

分析和讨论了飞船系统故障诊断知识的构成，运用面向对象的方法和技术，给出了飞船系统故障诊断的描述知识模型和过程性知识模型.     

基于多组件动态损伤的系统故障预测方法研究

基于从时间应力导致组件损伤的机理,对组件损伤演变过程和模型进行了研究.以系统的多组件动态损伤为信息源,通过建立多组件损伤与系统故障演化的隐马尔可夫模型,对系统故障预测的详细技术流程和相关算法进行了研究.最后以某开关电路系统为研究对象,对提出的系统故障预测技术的有效性进行了实验验证和分析.     

基于UML模型的C4ISR系统能力需求分析与验证

针对复杂的C⁴ISR需求分析,提出一种系统的能力需求获取和分析方法。该方法从分析作战使命入手,采用统一建模语言(unified modeling language,UML)建模技术对作战目标和任务场景建模,通过活动模型分析自动建立C⁴ISR能力需求的概念模型。此外,采用本体描述语言(OWL DL)对能力概念形式化描述,由此可以通过符号推理系统检查模型的完整性和一致性。给出了应用该方法的具体示例,并通过实验工具验证其有效性。     

基于STPA-ANP模型的民机系统安全性分析

随着民机系统复杂程度不断提高, 传统的安全性分析方法已不能完全满足危险源高效识别的要求, 为有效分析和评估民机系统安全性, 提出系统理论过程分析(system-theory process analysis, STPA)和网络分析法(analytic network process, ANP)相结合的安全性分析方法。针对STPA没有给出完整的关键致因分析与评估过程, 将STPA与ANP关键结构对应结合, 对危险控制动作进行致因分析和评估, 得到危险控制动作关键致因。以某型民机数字式飞控系统为例展开分析, 通过形式化建模验证及仿真验证, 证明该模型方法可以准确和完整地识别分析系统潜在危险并确定危险关键致因, 为民机系统安全性分析提供支持。     

基于系统分析的控制系统故障树自动生成

提出一种基于系统分析的故障树自动生成方法。首先,建立描述元部件因果模型及控制回路因果模型的数据库。然后,利用控制系统流程图和邻接矩阵确定系统中独立元部件、控制回路以及系统外界不可控扰动的直接关系,确定系统故障树的结构模型。最后,通过搜索相关数据库,调用相应的因果模型,自动生成系统故障树。结合一个具体算例验证了该方法的有效性和可行性。     

故障拓展模型到概率检验模型的转换规则

以故障拓展模型和概率检验模型为基础,通过分析概率检验模型的语法语义、转移命令及逻辑关系,研究清晰、完整的转换规则,实现故障拓展模型向概率检验模型的转换。此外,研究模型的定量概率检验转换规则,构建逻辑验证表达。最后,对机载通信系统调谐控制功能展开基于概率检验的定量安全性评估。结果表明,通过将故障拓展模型转换为概率检验模型的转换规则,能够实现复杂系统定量安全性自动分析,从而有效支持航空器复杂系统安全性评估过程。     

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AR模型和支持向量机的转子系统故障诊断方法

提出了基于AR模型和支持向量机的转子系统故障诊断方法.该方法对转子系统的振动信号建立AR模型,以AR模型主要的自回归参数和残差的方差作为特征向量,然后建立支持向量机分类器,进而判断转子系统的工作状态和故障类型.实验结果分析表明,该方法能有效地应用于转子系统的故障诊断.并通过支持向量机与BP神经网络的性能比较,说明了支持向量机的优点.     

基于Simulink的磁悬浮控制系统仿真

在MATLAB/Simulink环境下,对电磁型(EMS)磁浮列车,利用Lagrange方程,结合动力学和电磁学基本理论,建立了单磁铁磁悬浮系统的数学模型,给出了采用线性二次最优控制策略的系统仿真模型,分析了影响该系统动态性能的主要因素.仿真结果表明,所提出的方法是对磁悬浮系统建模和控制进行研究的有效途径.     

一种新型模糊控制器设计与稳定性分析

基于T-S模糊动态模型，采用模糊模型相除补偿(CDF)技术和线性矩阵不等式(LMI)方法，设计了一种新型模糊控制器，并进行了稳定性分析。非线性质量弹簧阻尼系统的仿真结果表明了该方案的有效性．与传统的并行分配补偿法(PDC)相比，所设计的控制器具有更小的保守性。     

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.     

基于T-S模糊模型的离散不确定时滞系统的容错控制

研究了一类离散不确定时滞模糊系统的容错控制问题。针对非线性离散系统，构造T-S模型，引入参数不确定项和时滞项，使得模糊模型能够更精确逼近原系统。基于T-S模糊模型，利用Lyapunov方法，证明了所采用的模糊控制律使得闭环模糊系统对于执行器故障以及传赢器故障具有完整性和鲁樟挂。不确定项具有范数有界时，利用求解线性矩阵不等式（LMI）的方法，得出了闭环模糊系统在执行器故障以及传意器故障时具有完整性的充分条件。仿真结果说明了该方法的有效性。     

基于STPA的潜艇鱼雷发射控制系统安全性分析

针对潜艇鱼雷发射控制系统,提出一套基于系统理论过程分析(system theoretic process analysis,STPA)的安全性分析方法.借助XSTAMPP安全工程平台,以鱼雷发射阶段解脱武器制动动作为案例,利用所提方法进行了安全性分析.同时改进传统STPA致因场景分析模型,生成精细化的系统安全要求,并利用线性时序逻辑(linear temporal logic,LTL)对生成的安全要求进行规范化描述,克服了传统STPA分析结果使用自然语言描述的局限性,为进一步的模型安全性验证提供理论支撑,同时为系统操作员提供辅助决策.     

基于STPA-Bayes模型的机载平视显示系统安全性分析与评价

机载平视显示(head-up display, HUD)系统可以大幅提高恶劣天气下的飞机起降成功率,已成为我国民航重点推广的安全提升技术。构建低能见度下飞机使用HUD系统进行特殊Ⅰ/Ⅱ进近场景,利用系统理论过程分析(system-theoretic process analysis, STPA)方法识别该场景下潜在的不安全控制行为,通过严格的形式化语言对其进行验证与致因分析,并给出了包含21条通用因素的致因场景分析框架。同时,为弥补STPA方法缺少定量分析的缺点,引入贝叶斯网络计算不安全控制行为发生概率,提出了STPA-Bayes安全性分析与评价模型。结果表明,该方法能有效地识别并分析系统潜在的危险,减少人为因素对分析结果的影响,为机载显示系统的安全性分析提供支持。     

H_∞-based fault detection for nonlinear networked systems with random packet dropout and probabilistic interval delay

The fault detection problem for the nonlinear networked control system(NCS) with packet dropout and delay is investigated.A nonlinear stochastic system model is proposed to account for the NCS with random packet dropout and networkinduced non-uniformly distributed time-varying delay in both from sensor to controller(S/C) and from controller to actuator(C/A).Based on the obtained NCS model,employing an observer-based fault detection filter as the residual generator,the addressed fault detection problem is converted into an auxiliary nonlinear H∞ control problem.Then,with the help of Lyapunov functional approach,a sufficient condition for the desired fault detection filter is constructed in terms of certain linear matrix inequalities,which depend on not only the delay interval but also the delay interval occurrence rate and successful packet communication rate.Especially,a trade-off phenomenon between the maximum allowable delay bound and successful data packet transmission rate is found,which is typically resulted from the limited bandwidth of communication networks.The effectiveness of the proposed method is demonstrated by a simulation example.     

Ho∞-based fault detection for nonlinear networked systems with random packet dropout and probabilistic interval delay

The fault detection problem for the nonlinear networked control system (NCS) with packet dropout and delay is investigated.A nonlinear stochastic system model is proposed to account for the NCS with random packet dropout and networkinduced non-uniformly distributed time-varying delay in both from sensor to controller (S/C) and from controller to actuator (C/A).Based on the obtained NCS model,employing an observer-based fault detection filter as the residual generator,the addressed fault detection problem is converted into an auxiliary nonlinear H∞ control problem.Then,with the help of Lyapunov functional approach,a sufficient condition for the desired fault detection filter is constructed in terms of certain linear matrix inequalities,which depend on not only the delay interval but also the delay interval occurrence rate and successful packet communication rate.Especially,a trade-off phenomenon between the maximum allowable delay bound and successful data packet transmission rate is found,which is typically resulted from the limited bandwidth of communication networks.The effectiveness of the proposed method is demonstrated by a simulation example.     

基于迭代学习-未知输入观测器的卫星姿控系统鲁棒故障重构

针对卫星姿控系统出现执行机构故障,提出一种基于迭代学习-未知输入观测器(iterative learning unknown input observer, IL-UIO)的鲁棒故障重构方法。首先,考虑卫星出现空间干扰力矩、模型不确定性以及陀螺漂移,建立小角度机动时的非线性姿控系统模型。其次,采用UIO干扰解耦原理和H_∞控制思想,设计IL-UIO估计卫星姿态欧拉角和角速度的同时,利用IL算法实现执行机构鲁棒故障重构。并利用Lyapunov稳定性理论证明了IL-UIO稳定性和动态故障偏差最终有界, 通过线性矩阵不等式(linear matrix inequaliry, LMI)工具箱求解了观测器部分参数矩阵。最后,建立卫星闭环姿控系统并进行仿真,仿真结果验证了此方法的有效性。     

面向模型检查的NuSMV统一建模方法

以形式化建模和利用模型检查进行自动化分析验证为核心的基于模型的安全性分析(model based safety analysis, MBSA)技术能够提高工作效率和分析结果的客观性,已在复杂大型装备系统的安全性工作中得到广泛重视与应用。现有的MBSA框架下的建模过程较为复杂,且通常需要模型转换,易造成模型信息的损失,影响安全性分析结果的准确性和全面性。面向模型检查,提出了基于符号语言构建统一系统模型的方法,研究了形式化语言元素与系统功能、结构和故障模式之间的分配与映射关系,利用时态逻辑公式规范了系统安全性要求的定义。最后,以飞控系统的前主桨舵机为例进行了案例应用,验证建模方法的有效性和适用性。     

基于统计模型检测的DFT定量分析方法

动态故障树(dynamic fault tree, DFT)是对系统进行安全性分析的重要手段,基于马尔可夫链的DFT求解方法存在3个难题:一是仅可分析故障概率为指数分布的系统;二是无法分析共因失效情况;三是可能导致状态空间爆炸。因此提出一种基于统计模型检测的DFT定量分析方法。首先将DFT分解为动态逻辑门、基本构件、共因失效关系、门门和门构件间的逻辑关系;其次将动态逻辑门、基本构件和共因失效关系基于随机混成自动机形式化规约;然后通过逻辑关系重构自动机,形成随机混成自动机网络;最后通过分析一个具有共因失效关系的服从多失效概率分布的飞机结冰探测系统,表明所提方法的有效性。