基于未知输入滤波器的过驱动系统故障诊断方法

过驱动系统由于执行器间的冗余性导致故障往往具有严重的耦合性,从而给故障的分离带来很大困难。针对过驱动系统的执行器乘性故障,提出了一种基于未知输入滤波器的故障诊断方法。首先,提出了一种新的未知输入滤波器结构,设计方便。然后,将指定执行器的故障看作未知输入,通过一组结构化残差来实现故障分离,并在此基础上,提出了一种故障估计方法。最后,通过ADMIRE飞行器的近似线性化模型仿真验证了所提方法的有效性。     

一类输入受限的不确定非线性系统自适应Backstepping变结构控制

针对一类输入受限的不确定非线性系统,提出了一种自适应Backstepping变结构控制器设计方法。建立了受未知非线性特征约束的执行器故障模型,可以描述系统存在死区、齿隙、饱和、滞回等输入受限情形以及可能发生的执行器失效、卡死等故障情形。设计径向基函数神经网络补偿未建模动态项,引入一阶低通滤波器避免了Backstepping控制中的计算复杂性问题。自适应近似变结构控制能够有效削弱控制信号抖振。理论分析和仿真实验结果证明,提出的自适应鲁棒控制律能够在输入受限的情况下自适应地调节控制输入,使得闭环系统稳定且满足控制性能要求。     

基于自适应未知输入观测器的多故障快速重构

针对一类非线性函数中耦合执行器故障的非线性动态系统, 提出一种基于自适应未知输入观测器的多故障快速重构方法, 通过引入比例项提高故障重构的快速性。首先, 将执行器故障进行解耦处理并构建包含传感器故障的增广系统。然后, 综合H_∞性能指标给出状态估计误差的稳定性证明。接着, 将观测器增益矩阵的求解转化为受线线矩阵不等式约束的非线性优化问题, 并实现执行器故障和传感器故障的多故障重构。最后, 结合单关节柔性机器人算例仿真验证了所提方法的有效性。     

无人机姿控系统鲁棒动态面容错控制设计

针对含有不确定和执行器故障的无人机姿态控制系统,提出了一种鲁棒自适应动态面容错控制方法。在设计中,首先提出由非线性阻尼技术抵消不确定性及外界干扰,然后设计一种基于自适应动态面控制方法的容错控制策略,保证无人机在出现未知执行器故障情况下,其闭环姿态控制系统是全局渐近稳定的,实现姿态输出对制导指令的容错跟踪。最后对所提出的容错控制方法进行了某无人机非线性姿态控制系统的仿真验证, 结果表明了所提方法的有效性。     

一类非线性系统的执行器组合故障自适应容错控制

针对一类具有执行器组合故障的多输入单输出非线性最小相位系统提出了自适应容错跟踪控制方案。考虑系统执行器卡死和部分失效组合故障,基于微分几何反馈线性化,设计了模型参考自适应容错控制算法。设计的控制律能够保证系统在执行器故障时闭环系统稳定,而且渐近跟踪给定的参考信号。仿真结果表明了所提方法的有效性。     

Satellite fault diagnosis method based on predictive filter and empirical mode decomposition

A novel satellite fault diagnosis scheme is presented based on the predictive filter and empirical mode composition(EMD).First,the predictive filter is utilized to obtain the fault estimation,which is corrupted by noise.Then the EMD method is introduced to decompose the fault estimation into a finite number of intrinsic mode functions and extract the trend of faults for fault diagnosis.The proposed scheme has the ability of diagnosing both abrupt and incipient faults of the actuator in a satellite attitude control subsystem.A mathematical simulation is given to illustrate the effectiveness of the proposed scheme.     

基于滑模迭代学习律的航天器姿态控制

针对航天器姿控系统长期运行期间因执行部件老化或故障引起性能下降的情形,设计了一种基于滑模迭代学习率姿态自主容错抗扰控制方案。采用虚拟控制输入设计了滑模控制器,以确保故障发生后系统能精确跟踪参考运动轨迹|通过李亚普诺夫稳定性分析,设计了新的自适应迭代学习率,根据系统跟踪误差,在线确定控制器参数以应对执行器故障和外部干扰的影响。数值仿真实验表明,该方法可以有效进行故障检测和干扰补偿。     

Design and simulation of fault diagnosis based on NUIO/LMI for satellite attitude control systems

This paper presents a scheme of fault diagnosis for flexible satellites during orbit maneuver. The main contribution of the paper is related to the design of the nonlinear input observer which can avoid false alarm arising from the disturbance from orbit control force. The effects of orbit control force on the fault diagnosis system for satellite attitude control systems, including the disturbing torque caused by the misalignments and the model uncertainty caused by the fuel consumed, are discussed, where standard Luenberger observer cannot work well. Then the nonlinear unknown input observer is proposed to decouple faults from disturbance. Besides, a linear matrix inequality approach is adopted to reduce the effect of nonlinear part and model uncertainties on the observer. The numerical and semi-physical simulation demonstrates the effectiveness of the proposed observer for the fault diagnosis system of the satellite during orbit maneuver.     

基于未知输入观测器方法的非线性切换系统故障检测

基于非线性未知输入观测器方法对一类离散时间非线性切换系统的故障检测问题进行了研究。给出了两种不同结构的非线性未知输入观测器。针对每一种观测器都考虑了两种切换信号:任意时间切换信号和满足平均驻留时间的切换信号。在任意切换信号下,使用了切换Lyapunov函数的方法来设计非线性未知输入观测器的参数;在满足平均驻留时间切换信号下,使用了多Lyapunov函数方法进行观测器参数的设计。然后利用已知的非线性未知输入观测器,得到残差生成器,进而实现故障检测。通过数值仿真例子,验证了故障检测方法的有效性。     

Adaptive failure compensation for uncertain systems with multiple inputs

The aim of this paper is to develop controllers for uncertain systems in the presence of stuck type actuator failures. A new scheme is proposed to design output feedback controllers for a class of uncertain systems having redundant control inputs, with which the relative degrees of transfer functions are different. To deal with these inputs using backstepping technique, a pre-filter is introduced before each actuator such that its output is the input to the actuator. The orders of the pre-filters are chosen properly to ensure all their inputs can be designed at the same step in the systematic design. To compensate for the effects of possible failed actuators, more uncertain parameters than system parameters are required to be identified. With the proposed scheme, the global boundedness of the closed-loop system can still be ensured and the system output can be regulated to a specific value when some of the actuators' outputs are stuck at unknown fixed values.     

Observer-based fault detection scheme for a class of discrete time-delay systems

In this contribution, robust fault detection problems for discrete time-delay systems with l2-norm bounded unknown inputs are studied. The basic idea of our study is first to introduce a state-memoryless observer-based fault detection filter (FDF) as the residual generator and then to formulate such a FDF design problem as an Hen optimization problem in the sense of increasing the sensitivity of residual to the faults, while simultaneously enhancing the robustness of residual to unknown input as well as plant input. The main results consist of the formulation of such a residual generation optimization problem, solvability conditions and the derivation of an analytic solution. The residual evaluation problem is also considered, which includes the determination of residual evaluation function and threshold. A numerical example is used to demonstrate the proposed fault detection scheme.     

一类含有随机输入时延和故障的离散系统H∞控制

研究了一类具有控制输入时延的离散系统H_∞可靠性控制问题,提出了具有实际意义的服从某种概率分布的随机故障模型。假设输入时延符合齐次Markov分布,在控制器的设计中利用了控制器的历史信息, 把系统转换为无时延的Markov 跳变系统,根据Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)方法,给出了故障分布依赖的H_∞均方稳定且具有H_∞范数界γ的容错控制器解的存在条件。最后, 通过算例验证了本方法的有效性。     

小波变换基神经网络故障诊断系统及其应用

针对油田抽油机井故障诊断方法较落后和故障信息采集不充分的问题，提出一种小波变换基神经网络故障诊断系统。它先对输入信号进行离散小波变换，把由Mallat算法得到的多尺度下的离散细节信号作为故障特征，之后将其输入到神经网络进行故障模式分类。为了进一步提高诊断的正确率，一方面对神经网络的结构进行优化，另一方面采用学习率自适应调整的共轭梯度法训练神经网络的权值。对某油田32口故障油井进行诊断，正确率在95％以上，这表明该方法的有效性。     

水面舰船动力定位系统ESO输入饱和控制

为解决现实服役海洋环境下,模型参数未知的水面舰船动力定位系统的控制问题,考虑执行器输入有界、舰船运动状态信号难测量等工程因素的限制,提出一种动力定位的状态观测饱和控制算法。首先,对非线性扩张状态观测器(extended state observer, ESO)在含有未知饱和控制输入结构下的状态观测能力进行分析,在原有假设条件的基础上制定一条附加假设条件,并分析该观测系统的合理性。接下来,将非线性ESO的特例(即线性ESO)应用于对舰船运动状态变量的实时观测,设计自适应律对模型的阻尼项和执行器不确定增益进行在线估计,进而得到各个执行器可变螺距形式的控制输入,引入动态辅助系统处理执行器的输入饱和限制。仿真结果表明:相比于传统的动力定位系统控制策略,所提出的控制策略在保证高定位精度和合理收敛速度要求的同时,更符合工程实际。     

基于非线性自适应观测器的故障诊断

将自适应控制的思想和状态观测器方法相结合研究了一类非线性控制系统的故障诊断问题。针对一类满足Lipschitz条件的带有未知参数的非线性系统,提出了一种非线性自适应状态观测器的设计方法,并将其应用到控制系统的故障诊断中。通过设置未知故障向量的自适应调整律,保证了状态观测器的渐近稳定。数字仿真证明了该方法的有效性,系统渐近稳定,状态向量和故障向量的估计值均趋近于实际值。     

非线性系统执行器死区故障的鲁棒自适应控制

针对一类具有不对称执行器死区故障的不确定非线性系统,基于反推滑模控制原理提出了一种神经网络鲁棒自适应控制方案。通过简化死区故障模型,取消了模型倾斜度相等和边界对称条件,结合动态面控制避免了传统反推设计方法存在的计算复杂性问题。所提控制方案取消了控制方向已知的条件,消除了执行器死区故障的影响,使得系统输出趋于给定参考轨迹的一个小领域。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于偏差分离原理的卫星执行机构故障诊断

提出一种同时估计输入时滞和控制输入故障的方法。首先,基于偏差分离的思想,分别建立含有输入时滞和控制输入故障的一般控制系统与卫星姿态控制系统的数学模型。其次,基于二阶Kalman滤波对控制输入故障以及输入时滞进行估计。最后,对所提出的方法进行了数学仿真验证,特别地,基于“快舟一号”卫星控制系统半物理仿真平台进行了半物理仿真验证,证明了方法的可行性和有效性。     

四旋翼飞行器时延积分反演容错控制

针对四旋翼飞行器在飞行过程中会出现执行机构故障,提出了一种简单有效的容错控制方法,该方法是将积分反演控制技术与时延控制(time delay control,TDC)技术相结合得到的。采用积分反演控制方法设计基本控制器,在此基础上利用TDC技术的逼近能力来补偿执行机构可能出现的故障,该方法省去了在线的故障检测和估计,仅需要一步状态迭代即可,仿真结果表明该控制器对执行机构故障具有较强的鲁棒性。     

Actuator fault diagnosis of time-delay systems based on adaptive observer

1 .INTRODUCTIONOwingtotheincreasing demandfor highreliabilityinmany industrial processes , much attention has beenpaid to the problem of fault detection and diagnosis(FDD) in dynamic systems over the past twodecades. Fruitful results can be found in Refs .[1 ~3] .It is well known that faults in a dynamic systemcan take many forms . They can be actuator faults ,sensor faults ,unexpected abrupt changes of some pa-rameters or even unexpected structure changes[4 ,5].The purpose of detection…     

考虑执行器故障的无人帆船事件触发控制

针对实际海洋环境下,无人帆船在艏向跟踪控制任务中存在的模型参数未知、控制输入频繁抖振和执行器磨损等问题,提出一种考虑执行器故障的无人帆船事件触发控制算法.首先,采用径向基函数神经网络(radius based function neural networks,RBF-NNs)对系统的未知模型参数进行在线逼近.其次,在无...