基于内外环设计的超空泡航行器容错控制

针对高速水下超空泡航行器(underwater supercavitating vehicle,USV)纵向运动模型,提出一种基于内外环的容错控制系统设计方法。为实现USV的大机动控制,文中未使用小角度假设简化模型,而采用更接近物理实际的非仿射非线性模型。基于此,提出一种故障估计器用于实时在线估计故障值,采用时标分离技术设计USV的容错控制器,并利用估计的故障值在线重构控制器以达到容错的目的,仿真结果表明了所提方法的有效性。     

基于作动器故障估计的汽车主动悬架容错控制研究

针对汽车主动悬架作动器故障,提出了一种基于故障补偿思想的主动容错控制方法.建立了半车4自由度主动悬架模型及作动器故障悬架模型,以H∞加权输出反馈控制器作为主动悬架常规控制器,基于自适应观测器设计作动器在线故障估计器,并以此为输入设计故障补偿器,由常规控制器和故障补偿器共同实现主动容错控制.仿真结果表明:设计的在线故障估计器可准确实时估计作动器常见故障的幅值,针对作动器增益及恒偏差故障引起的主动悬架性能下降,可在主动容错控制下使故障悬架性能经短暂时间后恢复至与正常悬架性能相接近的水平,进一步提升了车辆乘坐舒适性和可靠性.     

基于作动器故障的整车主动悬架容错控制

针对7自由度整车模型中主动悬架作动器增益变化故障,基于控制律重组提出一种主动容错控制方法。建立主动悬架7自由度整车模型和故障悬架模型。设计鲁棒观测器,获得输出残差,实现主动悬架故障检测和作动器故障增益在线诊断。在LQG控制器和在线诊断基础上,基于控制律重组调整LQG控制律设计容错控制器,实现故障悬架主动容错控制。Matlab/Simulink仿真结果表明,基于控制律重组的主动容错控制能使汽车故障悬架舒适性指标经0.5~2 s时滞逐渐恢复至与无故障主动悬架性能相接近水平,消除作动器故障影响,提高整车悬架控制可靠性。     

基于T-S模糊模型的观测器和动态输出反馈容错控制器设计

针对具有执行器故障和传感器故障的非线性系统,提出了一种基于T-S模型的观测器设计和动态输出反馈控制器设计方法。首先,将非线性系统转化为T-S模型,以此模型作为设计模型,利用扩展传感器故障为辅助状态向量的方式,将系统扩展为增维的T-S描述系统;然后,针对增维的T-S描述系统,设计模糊自适应观测器以达到对非线性系统的状态、执行器和传感器故障同时估计的目的;最后,基于观测器对传感器和执行器故障的估计,设计了一种动态输出反馈容错控制器以达到容错控制的目的,其中以线性矩阵不等式的方式给出了观测器和容错控制器存在的充分性条件。通过实例仿真验证了该文设计方法的有效性。     

基于微分代数方法的运载火箭自抗扰姿态控制

提出了一种基于微分代数方法的运载火箭自抗扰姿态控制方法.通过微分代数观测器得到输出的一、二阶导数估计,将二阶导数估计值作为模型摄动及外部扰动的观测值,在输出反馈控制器中加以补偿.控制器采用改进的PID控制算法,并给出了一种控制器参数选取方法.仿真结果表明:该方法不仅具有自抗扰的性质,而且对于火箭发动机停摆故障具备很好的容错控制性能.     

基于SR-UKF的移动机器人主动故障检测和容错控制

提出了一种基于SR-UKF的主动状态建模方法用于移动机器人的在线故障检测和容错跟踪控制.通过对履带式机器人常见滑动故障的运动学分析,建立了带未知滑动故障参数的机器人运动学模型,并采用SR-UKF非线性滤波方法来联合估计机器人的位姿和滑动参数,在对机器人进行实时定位的同时实现了对快速变化(或突变)的滑动故障的在线跟踪和检测.在此基础上,将估计得到的自适应参数模型与基于Lyapunov分析的反馈控制律设计方法结合,获得了一致渐近稳定的轨迹跟踪控制结果,实现了针对在线故障自适应模型的容错控制重构.针对典型的阶跃式滑动故障参数变化的轨迹跟踪仿真实验表明了该方法的有效性.     

基于事件触发的间歇传感器故障主动容错控制

提出一种基于事件触发的线性离散系统间歇传感器故障估计和主动容错控制方法.首先,利用一种新的表达方式来描述不同模态下的间歇传感器故障,并针对该故障在传感器输出端引入事件触发机制,通过获取的非均匀采样信息设计故障观测器,实现系统状态和传感器间歇故障的联合估计.然后,根据观测器的估计信息设计容错控制器,通过求解不同故障模态下...     

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.     

基于模糊T-S自适应观测器的近空间飞行器故障诊断与容错控制

提出了一种基于自适应观测器的故障诊断与容错控制策略,应用到近空间高超声速飞行器(NSHV)上处理执行器故障.NSHV是非线性、多变量和强耦合的系统,首先使用T-S模糊技术建模,基于T-S模型设计自适应故障诊断观测器(AFDO).然后定义AFDO和实际系统误差的范数作为残差来检测故障,采用自适应故障估计算法估计系统故障.基于所得故障信息,设计容错控制器(FTC)来补偿执行器的失效.通过求解线性矩阵不等式得到AFDO的增益矩阵,采用Lyapunov理论证明了误差系统的稳定性.最后,对高超声速飞行器的纵向模型进行算法验证,仿真结果表明了所提方法的有效性.     

执行器故障下临近空间飞行器容错控制重构

临近空间飞行器飞行条件复杂、气动环境恶劣，极易导致飞行器舵面出现故障，容错控制是保证飞行器安全运行的关键，对此提出了一种基于观测器-控制器的有限时间高精度容错控制重构策略．首先，为提高容错控制的精确性，在故障影响下飞行器姿态模型基础上，设计了双层快速自适应滑模观测器，实现对包含故障、干扰等在内的综合干扰有限时间估计，避免了传统自适应增益的过估计，从而有效提高观测器估计精度；进一步基于观测器估计值设计容错控制器，获得故障影响下的期望控制力矩，实现飞行姿态的有限时间容错控制．其次，针对故障时气动舵面实际提供的控制力矩难以满足期望值的问题，引入推力矢量喷管作为补充执行器．考虑故障舵面特性，采用基于二次规划的最优控制分配策略，将期望力矩合理分配到气动舵面及矢量喷管上，通过矢量喷管补偿故障舵面力矩损失，实现执行器故障下控制重构.最后，通过数值仿真验证了所设计观测器的优越性，并验证了所提出容错控制重构策略的有效性．     

一类多变量传感器故障容错PID控制器的设计与应用

针对一类多变量非线性系统的传感器故障,提出了一种新型的基于神经网络模型的故障容错PID控制方法.该方法应用加权移动平均残差技术对传感器故障进行检测,并利用神经网络建模技术在线重构故障传感器信号,重组PID控制器反馈回路,实现容错PID控制.通过在三水箱过程设立多种不同类型的传感器故障,进行仿真研究.仿真研究结果表明,所提出的故障检测与容错控制策略具有很强的鲁棒性和容错能力.     

基于约束软化的满意容错控制-输出反馈情形

现有的满意容错控制成果难以处理非凸非线性约束,无法用于在线重构容错控制器设计,针对一类离散系统的传感器故障,研究容错系统具有上述特性的闭环区域极点指标、二次型保性能指标和控制输入等约束的满意容错控制问题.借鉴预测控制对多种约束的软化处理策略,利用被控输出反馈控制结构和在线非线性优化技术,给出一种根据故障估计信息进行递推控制的主动满意容错控制器的数值化设计算法,并分析闭环容错系统的稳定性.据此设计的满意容错控制器可使闭环容错系统在保证稳定性和控制输入约束条件下具有满意的优化性能.仿真算例验证文中设计算法的有效性.     

带有执行器故障的无人船的基于模糊逻辑系统的容错控制（英文）

研究了具有执行机构故障的无人驾驶船舶的基于模糊逻辑系统的模糊容错控制问题。首次构建了具有匹配未知不确定非线性的线性系统模型。考虑的执行器故障包括部分失效故障和中断故障,利用模糊逻辑系统方法对未知非线性函数进行逼近。通过仅对模糊逻辑系统中权重向量的范数进行估计,可以达到有效减少自适应参数个数的目的。进而,设计适当的自适应更新率对自适应参数进行实时更新。基于设计的自适应参数,构建模糊容错控制器。与现有的容错控制结果相比,设计了一种新型的含有切换机制的容错控制器。通过在控制器中引入切换机制,所设计的控制器可以有效地避免现有控制器可能出现的抖振现象。此外,利用李雅普诺夫稳定性定理,可以证明所提方法确保系统一致最终有界。最后,通过仿真实例验证了该方法的有效性和可行性。     

基于变论域模糊滑模观测器的微网逆变器系统容错控制

针对微网逆变器系统量测回路中,电流互感器故障及虚假数据注入攻击问题,提出基于滑模观测器融合变论域模糊控制的异常量测信号估计与电流补偿容错策略。基于电流量测量设计并网模式微网输出反馈线性二次型最优控制器,构建电流互感器故障及虚假数据注入攻击模型,根据Lyapunov稳定性理论及线性矩阵不等式方法设计滑模观测器,构造融合异常量测信号估计值的电流补偿容错控制策略;最后提出基于模糊推理的变论域模糊控制方法实现滑模增益的动态调整,提高观测器估计性能。仿真及实验表明,电流互感器故障及虚假数据注入攻击将使微网逆变器系统的稳定控制器失效,所提出的容错控制策略对多场景下异常电流量测信号的估计精度更高,可确保微网安全稳定运行。     

有效因子融合的可重构机械臂分散容错控制方法

针对含有动态摩擦的可重构机械臂轨迹跟踪执行器部分失效故障的问题,提出一种基于有效因子融合的分散反演滑模容错控制方法。将可重构机械臂的每个关节模块考虑成一个子系统,将有效因子融合到子系统动力学模型中。基于Lyapunov稳定性理论,子系统误差状态空间分别采用了反演思想和终端滑模进行控制器设计,并利用径向基函数(RBF)神经网络估计系统模型的不确定项和交联项,自适应地补偿了神经网络的估计误差。最后,数值仿真结果表明了提出的分散容错方法的有效性。     

非线性系统的模糊Backstepping自适应容错控制

针对一类受扰动的且伴有执行器故障的严格反馈不确定非线性系统,提出了一种模糊自适应容错控制方法.当故障发生时,改变控制器结构使其融合故障.设计中,模糊逻辑系统用作在线逼近系统的未知动态和未知的故障函数,结合模糊自适应控制与backstepping技术,给出了模糊容错控制器方法,并基于Lyapunov定理严格证明了所提出的鲁棒模糊自适应控制方法能够保证整个闭环系统的稳定,最后通过仿真实例验证了该方法的有效性.所提出的模糊自适应容错方法扩展了经典容错控制方法的结果,给出的结果更具有一般性意义     

带饱和约束非线性系统的鲁棒自适应容错控制

针对发生执行器故障的饱和非线性系统提出一种主动容错控制方法.考虑系统存在的外界干扰情形,运用H∞控制结合饱和约束设计了自适应容错控制器.首先,引入饱和幅值以确保控制输入始终在界范围之内,设计包含故障估计值的自适应状态反馈控制输入;其次,为实现系统具有鲁棒稳定性,同时具有最大容错椭球体稳定域的控制目标,采用李雅普诺夫理论结合H∞控制方法,并运用不变集理论估计最大椭球体稳定域,将自适应容错控制器的设计方法转化为求解线性矩阵不等式约束下的多目标优化问题;最后,通过一数值算例将自适应与固定增益控制器设计方法进行对比分析.研究结果表明:自适应控制器的性能更优,更适合用于受饱和约束非线性系统的容错控制.     

基于故障估计的无人车容错控制方法

考虑转向控制系统故障和未知干扰同时作用对无人车辆路径跟踪效果的影响,为提高无人车辆控制系统的可靠性,设计了一种无人车路径跟踪容错控制方法. 对转向控制系统输入性故障进行分析,结合未知干扰情况定义了名义故障并建立相应的数学模型. 利用高阶滑模观测器构造名义故障微分方程,并利用自适应容积卡尔曼滤波设计了车辆质心侧偏角和名义故障估计方法,从而为无人车容错控制提供可靠信息源. 基于滑模控制理论设计了无人车路径跟踪容错控制器并证明了其收敛性. 联合仿真和硬件在环试验结果表明,所提出的估计方法能够得到精确可靠的质心侧偏角和名义故障估计结果,且与无容错控制相比,所设计的路径跟踪容错控制器在面对故障和干扰时能够明显地提高车辆的控制性能,并同时保证车辆的路径跟踪能力及其自身的稳定性.      

非线性系统的模糊Backstepping白适应容错控制

针对一类受扰动的且伴有执行器故障的严格反馈不确定非线性系统，提出了一种模糊自适应容错控制方法。当故障发生时，改变控制器结构使其融合故障。设计中，模糊逻辑系统用作在线逼近系统的未知动态和未知的故障函数，结合模糊自适应控制与backstepping技术，给出了模糊容错控制器方法，并基于Lyapunov定理严格证明了所提出的鲁棒模糊自适应控制方法能够保证整个闭环系统的稳定，最后通过仿真实例验证了该方法的有效性。所提出的模糊白适应容错方法扩展了经典容错控制方法的结果，给出的结果更具有一般性意义     

考虑重构切换瞬态特性的新型容错控制器设计

基于容错控制系统因重构控制切换而引起故障后系统瞬态特性要求的考虑,提出针对执行机构故障的一种新型容错控制器设计的方法.其基本思路是将基于参考模型的自适应调节机构集成于容错控制器的设计.该设计方法一方面保证了重构控制器切换时具备良好的瞬态性能,同时也保障了故障发生时和发生后系统的安全性.仿真实例验证了该设计方法的有效性.