具有未知输入非线性系统的自适应观测器设计

针对具有未知输入和传感器噪声的的非线性系统,讨论了基于T-S(Takagi-Sugeno)模型的未知输入观测器设计方法.首先,给出了基于非线性系统构造T-S模型系数矩阵的计算方法.然后,以T-S模型作为设计模型,通过扩展传感器噪声为辅助状态向量的方式,将系统扩展为增维系统.继而,针对T-S模型,设计模糊自适应观测器以达到对非线性系统状态,未知输入和传感器噪声同时估计之目的.为此,基于线性矩阵不等式,给出了观测器存在的充分性条件.最后,通过实例仿真验证了此方法的有效性.     

含有积分测量和时滞的T-S模糊系统的H∞故障诊断

针对含有积分测量和时滞的T-S模糊系统,设计了一种对系统中存在的执行器故障和传感器故障进行估计的方法.首先,将传感器故障与状态合并为扩维状态向量,在构建H∞观测器估计扩维状态的同时估计执行器故障,其中传感器故障通过对状态的估计来得到;然后,通过设置李雅普诺夫函数并求解线性矩阵不等式,求得 H∞观测器的相关参数矩阵,最终...     

离散非线性系统状态和故障估计

针对同时含有执行器故障和传感器故障的离散Lipschitz非线性系统,提出一种可以同时估计系统状态、执行器故障和传感器故障的观测器设计方法。首先,通过系统状态向量的扩展,将原系统化为形式上不含传感器故障的广义Lipschitz非线性系统;然后,对得到的广义系统设计可以同时估计系统状态和执行器故障的观测器;最后,将观测器设计过程化为求解线性矩阵不等式的形式。仿真结果表明,所提方法具有有效性、正确性以及优越性。相较于现有很多方法,所提方法具有高效快捷的特点,具有较强的实用性。     

基于二阶滑模观测器的非线性动态系统故障估计

研究了一类非线性动态系统的执行器故障估计问题.采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型对非线性动态系统建模,克服了以往研究需对非线性动态系统作Lipschitz条件假设的局限性.为避免传统滑模观测器在实现故障估计时的抖振问题,设计二阶滑模观测器实现了故障估计.为方便观测器设计,通过坐标变换分离出系统的可测状态;采用Lyapunov泛函与线性矩阵不等式设计观测器,并证明了观测误差动态系统的稳定性,进而得到了执行器故障的渐近估计.所提方法只需观测器与系统的输出信息,实现了故障的在线估计.通过一个液压传动系统的仿真分析验证了所提方法的有效性.     

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.     

基于逆系统方法的非线性系统故障调节

针对一类多输入多输出非线性可逆系统,提出一种基于逆系统原理的故障调节方法.该方法通过设计被控对象的自适应观测器来估计执行器故障,并根据故障估计值,基于逆系统方法产生附加控制律对逆系统进行调节补偿,使得被控对象和经调节后逆系统的串联仍能保持为无故障时的伪线性系统模型,从而在无需改变系统正常控制器参数的情形下,方便地实现对执行器故障的良好性能容错目标.     

执行器失效的跟踪控制律重构:故障掩蔽法

为避免直接重构系统状态过于苛刻的条件,提出了线性系统存在执行器故障时动态镇定和定点跟踪控制器重构设计方案.基于重构模块思想和故障掩蔽方法,导出了扩展虚拟执行器以获得静态和动态重构模块的统一描述,其中重构模块与标称控制器一起构成可重构控制器.从而实现了执行器故障情况下线性时不变系统的闭环稳定和跟踪性能恢复的重构目标.仿真表明:即使执行器故障重构闭环系统亦能镇定,并可达到稳态值恢复的跟踪重构目标.     

非线性系统H_∞模糊输出反馈容错控制

研究了一类含有执行器故障的非线性系统的H∞模糊输出反馈容错控制问题.采用T-S模糊模型对非线性系统进行建模,用模糊观测器重构系统状态.针对设计过程中的双线性矩阵不等式问题,采用相似变换法将其转化为线性矩阵不等式(LMI)问题.利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,给出了H∞模糊输出反馈容错控制器存在的充分条件.通过求解由一组LMI所表示的凸优化问题可以得到次优H∞模糊反馈容错控制器.所设计的控制器可保证系统在故障时满足给定H∞性能约束下,使正常情况下的H∞性能最优.最后通过对小车倒立摆系统的仿真验证了该设计方法的有效性.     

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误差增广系统的线性矩阵不等式,获得满足所有增广系统稳定性要求的公共解。本研究提出的含有事件触发的容错控制方法,可以通过触发机制在间歇故障频繁发生和消失的时段改变控制率调整的频率,减少控制率反复重构的次数并降低系统性能损耗的速度,有效改善控制效果,维护系统性能,减轻系统通讯压力。最后,在无人艇线性模型上进行仿真测试,验证本方法的有效性和优越性。     

一种基于降维干扰解耦的鲁棒执行器故障检测与分离

针对一类伴有未知干扰的Lipschitz非线性系统,探讨了基于观测器的执行器故障检测与分离的方法.通过等价状态变换,将系统的未知干扰进行了解耦,并在此基础上提出了一种不受未知干扰影响、但对故障敏感的降维观测器设计方法.基于降维观测器输出估计误差设计出残差,使得降维观测器可以作为故障检测器用于执行器故障检测;然后,基于多观测器方法,即设计出与执行器数目相同的观测器,实现了对执行器故障分离的目的;最后,对一个大攻角状态下飞行器的简化模型进行了数字仿真,仿真结果表明所提出的方法是有效的.