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。     

随机时延网络控制系统的鲁棒H∞状态反馈控制

研究了含有双随机时延的不确定网络控制系统的鲁棒H_∞状态反馈控制问题。将传感器到控制器和控制器到执行器的网络时延建模为相互独立的连续时间离散状态的马尔可夫随机过程。基于此网络环境,构造时延依赖的控制器,将不确定网络控制系统转化为马尔可夫跳变系统。通过Lyapunov Krasovskii泛函方法和新的矩阵不等式技术,给出了系统随机稳定且满足H_∞性能的充分条件,并以矩阵不等式形式给出了相应的控制器设计方法。最后,给出了仿真算例,验证了该方法的有效性。     

动态输出反馈网络控制系统鲁棒控制器设计

研究了具有不确定时延的动态输出反馈网络控制系统鲁棒控制器设计问题.考虑小于等于一个采样周期的不确定时延,将动态输出反馈网络控制系统建模为含有不确定性的离散时变系统.利用Lyapunov理论和矩阵不等式方法,推导出系统鲁棒控制律存在的条件,并转化为矩阵不等式表示的可行性问题,从而可利用Matlab LMI工具箱来求解,以便构造鲁棒控制律.Matlab仿真算例说明分析方法和结果是有效可行的.     

基于观测器的CAN网络在线时延补偿策略

网络时延问题是网络控制系统中的主要问题。为了解决网络时延给控制系统带来影响的问题,首先分析网络时延的产生及其可能的取值特性,在网络时延统计特性信息的基础上,从通信技术和控制技术相结合的角度出发,提出了一种基于观测器的在线时延补偿方法。通过CAN bus网络控制实验平台,分析了该补偿方法的有效性。实验结果表明,在网络延迟大的控制系统中该策略仍具有良好的控制效果。     

网络控制系统的时延补偿策略研究

网络控制系统中由于通讯网络的引入而导致的网络时延对控制系统的稳定性和性能带来很大负面影响。对具有随机时延和系统噪声的一类网络控制系统进行了分析,设计了一种可以对随机时延进行补偿的状态观测器,该状态观测器可同时实现对噪声的滤波处理。根据文中的延迟补偿方法,研究了闭环系统的稳定性。通过实验研究,证实了提出的利用状态观测器进行时延补偿策略的有效性。     

时延网络控制系统的区域极点配置设计

针对存在时变有界时延的网络控制系统,在一定假设条件下,基于分离原理讨论了状态观测器和状态反馈控制器的设计方法。状态观测器通过在开环预测和闭环预测间切换以补偿时延的影响,同时考虑时延的时变性以及回路中长时延的存在,闭环预测也是在多个模型间切换,从而将状态观测器建模成具有多个子系统的离散切换系统。在此基础上,利用预测状态作为控制器的输入,设计了具有圆盘区域极点约束的状态反馈控制器。最后以线性矩阵不等式可行解的方式分别给出了控制器和观测器的构造方法,仿真结果说明了所提出方法的有效性。     

一种基于混合系统滤波器的NCS系统故障诊断方法

针对一类具有随机传输时滞的网络化控制系统,在考虑时滞无界的情况下(最坏网络传输),提出了一种基于故障检测滤波器的故障诊断方法。首先,为了处理系统的内采样特性,根据混合系统理论设计了一种基于观测器的混合系统故障检测滤波器(FDF);利用多目标优化技术,将故障检测滤波器的设计问题转化为一类优化问题,并借助线性矩阵不等式方法给出了该优化问题的时滞独立解。最后通过仿真验证了该方法的有效性。     

具有参数不确定性的长时延网络控制系统研究

针对具有参数不确定性的长时延网络控制系统,提出了系统的建模方法,并且分析和讨论了系统的稳定性和控制器设计方法.当假设网络控制系统的传感机构为时间驱动,执行机构与控制器为事件驱动,被控对象具有参数不确定性以及网络诱导时延具有时变、不确定和大于单位采样周期的特点时,运用矩阵分析理论,将广义网络被控对象建模为一类含有不确定项的线性离散系统.基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,分析了闭环系统渐近稳定的充分条件,并推导出系统的控制器设计方案.仿真结果表明稳定判据的可行性与控制器设计的有效性.     

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。     

基于观测器的丢包网络控制系统控制器设计

针对网络控制系统的数据包丢失(丢包)问题,提出将网络控制系统中的丢包问题看成是被控对象输入矩阵的切换问题和控制器对象输入矩阵的分别切换问题,进而将网络控制系统看成是由矩阵切换决定的切换律未知的切换系统,将丢包等效为切换系统中子系统之间的切换。采用李雅普诺夫函数方法,对每个由矩阵形式决定的子系统设计了基于观测器的状态反馈控制器。利用线性矩阵不等式(linear matrix inequalities,LMI)的可行解给出了计算状态观测器和控制器的参数化方法。最后通过仿真算例验证了该方法的有效性。     

Fault detection based on H∞ states observer for networked control systems

The influence of random short time-delay to networked control systems (NCS) is changed into an unknown bounded uncertain part. Without changing the structure of the system, an H∞ states observer is designed for NCS with short time-delay. Based on the designed states observer, a robust fault detection approach is proposed for NCS. In addition, an optimization method for the selection of the detection threshold is introduced for better tradeoff between the robustness and the sensitivity. Finally, some simulation results demonstrate that the presented states observer is robust and the fault detection for NCS is effective.     

Fault detection based on H∞ states observer for networked control systems

The influence of random short time-delay to networked control systems (NCS) is changed into an unknown bounded uncertain part. Without changing the structure of the system, an H∞ states observer is designed for NCS with short time-delay. Based on the designed states observer, a robust fault detection approach is proposed for NCS. In addition, an optimization method for the selection of the detection threshold is introduced for better tradeoff between the robustness and the sensitivity. Finally, some simulation results demonstrate that the presented states observer is robust and the fault detection for NCS is effective.     

Fault detection for nonlinear networked control systems based on fuzzy observer

Security and reliability must be focused on control systems firstly, and fault detection and diagnosis (FDD) is the main theory and technology. Now, there are many positive results in FDD for linear networked control systems (LNCSs), but nonlinear networked control systems (NNCSs) are less involved. Based on the T-S fuzzy-modeling theory, NNCSs are modeled and network random time-delays are changed into the unknown bounded uncertain part without changing its structure. Then a fuzzy state observer is designed and an observer-based fault detection approach for an NNCS is presented. The main results are given and the relative theories are proved in detail. Finally, some simulation results are given and demonstrate the proposed method is effective.     

基于LMI的网络化切换系统的鲁棒控制

为了克服时延和不确定参数对系统性能的影响,利用Lyapunov稳定性理论,设计了一种新的切换观测器和相应的切换控制器,给出了对任意切换规则和延迟周期数,都能保证整个闭环网络化切换系统稳定的充分条件。最后给出了求解切换观测器增益和切换控制器增益的锥补线性化方法,仿真实例说明了所提方法的有效性。     

连续广义系统的未知输入观测器研究

研究了在未知输入下连续广义系统的降阶观测器的设计方法,并讨论了观测器在故障检测中的应用。首先给出了连续估计器的存在条件,通过给原系统加微分反馈实现正则化,又通过解耦变换使得只有一个状态向量含有未知输入,利用其余两个不受未知输入影响的状态向量设计出观测器。然后,假设未知输入为故障信号的情况下,利用观测器的方法研究了连续广义系统的故障检测问题。仿真结果显示了满意的估计性能。     

不确定网络化控制系统鲁棒故障检测

针对一类具有未知输入和模型不确定性的网络化控制系统,基于H_∞滤波器研究了系统的鲁棒故障检测问题.利用输入时滞方法,将含有网络传输时滞和数据丢包的不确定网络化控制系统建模成一类具有双加性状态时滞项的连续系统.采用Lyapunov-Krasovskii泛函方法分析了新系统的H_∞性能,并将所得结果应用于原系统鲁棒故障检测滤波器的设计,得到了滤波器存在的时滞依赖条件.最后,通过仿真验证了该方法的有效性.     

基于T-S模糊模型的网络控制系统鲁棒H∝容错控制

针对同时存在网络时延和数据包丢失的网络环境,研究了执行器故障下一类非线性网络控制系统的鲁棒H_∞容错控制问题。基于不确定T-S模糊模型描述的非线性网络控制系统模型,考虑了更实际、更常见的执行器部分失效情况。通过引入一个积分不等式,获得了此类系统的时滞相关鲁棒稳定性条件,且采用锥补线性化算法给出了此类系统的鲁棒H_∞容错控制器设计方法。仿真算例表明,对于任意容许的不确定性以及执行器故障,所设计的控制器能使系统鲁棒渐近稳定,且具有H_∞范数界。       

线性状态多时滞系统鲁棒故障诊断滤波器设计

研究一类具有外部扰动的不确定线性时滞系统的鲁棒故障诊断滤波器设计问题。通过引入一种广义坐标变换,使得线性连续状态多时滞系统变为输出灌入(outputinjection)系统;据此,引入一种体现残差对故障信号具有灵敏性同时对不确定性扰动具有鲁棒性的性能指标,应用H∞最优控制理论,借助线性矩阵不等式(LMI)技术设计系统的状态全维鲁棒故障诊断滤波器,并给出该滤波器问题解的存在条件和求解算法。最后给出一个仿真算例,仿真结果表明了该算法的有效性和可行性。     

Robust fault diagnosis with disturbance rejection and attenuation for systems with multiple disturbances

The fault diagnosis problem is investigated for a class of nonlinear neutral systems with multiple disturbances.Time-varying faults are considered and multiple disturbances are supposed to include the unknown disturbance modeled by an exo-system and norm bounded uncertain disturbance.A nonlinear disturbance observer is designed to estimate the modeled disturbance.Then,the fault diagnosis observer is constructed by integrating disturbance observer with disturbance attenuation and rejection performances.The augmented Lyapunov functional approach,which involves the tuning parameter and slack variable,is applied to make the solution of inequality more flexible.Finally,applications for a two-link robotic manipulator system are given to show the efficiency of the proposed approach.     

基于LMI的不确定系统鲁棒故障检测观测器设计

针对系统模型同时具有未知输入扰动和模型不确定性,提出了一种鲁棒故障检测观测器的设计方法。在不考虑系统模型误差的情况下,为降低设计的保守性,利用描述残差对故障灵敏度的H-指数和表示残差对未知输入鲁棒性的H∞范数以及一种新的迭代线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)算法解决H∞/H-的优化问题,设计了参考残差模型和自适应门限,并将观测器设计转化为LMI表述的标准H∞模型匹配问题,减小故障检测过程中误报、漏报率。仿真结果表明,设计的故障检测观测器对故障的灵敏度高,对不确定因素的鲁棒性强。