A Fault Detection and Isolation Scheme Based on Parity Space Method for Discrete Time-delay System

A Fault detection and isolation （FDI） scheme for discrete time-delay system is proposed in this paper, which can not only detect but also isolate the faults. A time delay operator ↓△ is introduced to resolve the problem brought by the time-delay system. The design and computation for the FDI system is carried by computer math tool Maple, which can easily deal with the symbolic computation. Residuals in the form of parity space can be deduced from the recursion of the system equations. Further more, a generalized residual set is created using the freedom of the parity space redundancy. Thus, both fault detection and fault isolation have been accomplished. The proposed method has been verified by a numerical example.     

具有干扰解耦能力的鲁棒在线故障诊断

针对一类带有未知输入干扰和模型不确定性系统,提出了一种新型鲁棒在线故障诊断方法,该方法综合应用带有未知输入状态观测器技术和RBF神经网络的在线建模能力,利用状态观测误差实时调整RBF神经网络的权值,使其不但能在线实时检测、分离、估计故障信号,而且对未知输入干扰具有解耦能力,对有界模型不确定性具有鲁棒性,给出了该方法的鲁棒性和灵敏度的分析结果,仿真结果表明了该方法的有效性。     

一类具有未知干扰的Markov跳变系统故障检测

针对一类具有未知扰动的Markov跳变系统的故障检测问题，设计出了系统的优化故障检测观测器．通过对系统进行重构，获取了包括未知扰动、建模误差等未知输入信号和故障信号的残差动态特性，分别选取残差的扰动信号和故障信号的能量范数指标来体现其对扰动的抑制作用和对故障的灵敏性，并将故障检测观测器的设计描述为一个优化问题．利用构造的Lyapunov函数和线性矩阵不等式，证明并给出了故障检测观测器有解的充分条件，提出了优化设计方法．所设计的观测器使系统具有随机稳定性，抑制干扰能力强，满足所给的范数指标．仿真算例结果表明，在故障发生时，优化观测器可以很灵敏地检测出故障，并能将未知扰动对残差的影响有效地抑制在给定的范围内。     

随机线性系统多执行器鲁棒故障诊断

针对随机线性控制系统提出了新的故障诊断方法·对于执行器故障情形,通过数学变换将故障转化为系统的未知输入,然后利用未知输入卡尔曼滤波器技术实现执行器故障诊断·诊断算法给出含噪故障估计值·为得到精确值,又采用了小波去噪方法·两种方法有机结合可对同时或接连发生的多执行器参数故障进行有效诊断,故障检测与估计及时准确·最后给出了仿真实例,结果验证了提出方法的正确性·     

一种基于鲁棒残差生成器的故障估计方法

针对具有加性执行器或元部件故障的线性系统,在独立故障的个数大于独立测量个数的情况下,提出了一种基于鲁棒残差生成器的故障估计方法.该故障估计方法是基于鲁棒残差生成器实现的,不需要额外设计动态的故障估计器.故障估计的实现需要:设计编码集;基于编码集设计鲁棒残差生成器;利用编码集和鲁棒残差生成器的输出实现故障分离和故障的渐近估计.给出了本方法的适用的充分条件,并证明了故障估计误差的渐近收敛性.最后,针对具有加性执行器故障的线性系统,基于几何方法设计鲁棒残差生成器,并进行了故障检测、故障分离和故障估计的仿真.仿真结果验证了本故障估计方法的有效性.     

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.     

一种新型的三级Clos网络分布式容错调度机制

通过对不同故障影响的分析,建立了三级Clos网络的故障模型,将各个不同的故障归结到对网络输入级不同队列的影响上,提出了一种新型的基于Credit机制的三级Clos网络分布式容错调度算法.利用Credit机制可以引导网络业务绕开受故障影响队列;同时,Credit机制还可以把网络业务完全均匀地分配到网络有效中间级交换单元上...     

一类不确定时滞系统的鲁棒容错控制

针对一类线性时滞不确定系统,研究了在执行器失效情况下的鲁棒容错控制问题。在采用具有更广泛意义的执行器连续故障模型下,给出了线性不确定时滞系统对执行器故障保持渐近稳定,并且满足给定干扰衰减指标的鲁棒控制器的存在条件和设计方法。最后仿真结果验证了该方法的可行性和正确性。     

存在执行器故障的多智能体系统的容错一致性

考虑了同时存在执行器故障以及外部扰动下领航-跟随多智能体系统的容错一致性问题,其中,执行器故障由执行器增益变化来刻画;针对可能的执行器故障,设计具有自适应增益的补偿控制律,并与标称控制律共同作用来实现容错一致性,在进行增益系数以及控制律设计中,均采用相对输出信息而非相对状态信息;通过分析闭环跟踪误差系统的渐近稳定性,给出原来多智能体系统实现容错一致性所需满足的条件.结果表明,在未知扰动以及领航者输入范数满足一定条件下,通过适当选择参数可以实现容错一致性的目标.最后,采用数值仿真验证了所得结果的有效性.     

一种改进的故障检测算法在组合导航中的应用

为提高组合导航系统的容错性能,实时检测滤波器处理测量信息的有效性,针对组合导航系统突变故障的检测问题,提出了相应的改进算法. 该算法不仅对系统层面上进行故障探测,而且对故障进行定位和隔离,分析了作为假设检验量的标准化残差之间的相关性强弱对故障正确定位的影响,由此对基于标准化残差的故障检测与隔离算法进行了改进,实现子系统内部故障的正确定位与隔离. 实验结果表明,改进的算法能够更有效地利用多余观测量,从而提高组合导航系统的稳健性.      

针对执行器和关联链接失效的一类复杂系统自适应容错控制

针对一类执行器和关联链接失效的复杂系统,提出了一个间接自适应方法解决容错控制问题.利用自适应律在线估计执行器和链接通道上的故障因子,并基于自适应策略的信息,构造一类通过其他子系统状态链接的分布式状态反馈控制器自动补偿故障影响.基于李亚普诺夫稳定性定理,所得到的自适应闭环复杂系统执行器和网络传输过程故障下可以保证渐进稳定.此方法的有效性最终由一个仿真例子验证.     

基于融合模型的柴油机空气管理系统故障诊断

柴油机作为重要的动力机械,其性能监测和故障诊断得到重视。而柴油机空气管理系统故障包括进气系统漏气、堵塞和EGR阀卡涩等故障将会导致恶化和经济性下降。针对空气管理系统具有较强的非线性,无法建立精确地数学模型等问题,建立了基于数学模型和数据驱动模型的融合模型,针对进气歧管漏气、中冷器堵塞,EGR阀卡滞等故障进行诊断研究。采用机理建模的方法建立EGR流量模型、充气系数模型和基于数据驱动建模的方法建立充气系数模型、进气压力波动幅值模型,利用奇偶方程法进行残差生成器的设计并生成三个残差信号,通过仿真分析可得到故障和残差值之间的映射矩阵,最后,采用模糊推理的方法进行故障诊断。研究结果表明：所构建的故障诊断系统能准确的诊断出空气管理系统的漏气直径为5mm、堵塞至进气流量减少10%和EGR阀卡滞故障在关闭状态。     

DoS攻击下CPS双重安全控制与通讯的协同设计

针对一类具有执行器故障与DoS攻击的CPS,基于边缘计算理念,并结合事件触发通讯机制,研究了CPS双重安全控制与通讯的协同设计问题.首先,基于边缘计算的资源分配,提出DETCS下的CPS双重安全控制架构,并把有限能量的DoS攻击转化为一种特殊的时延,在DETCS下建立了具有故障与攻击的闭环CPS模型;其次,借助时滞系统理论,通过构造适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,利用仿射Bessel-Legendre等不等式,分别给出了DoS攻击下状态与故障估计鲁棒观测器、执行器故障和DoS攻击双重安全控制与通讯协同设计的方法;最后,通过对四容水箱系统的仿真验证了文中理论结果的有效性与可行性.     

不确定奇异系统的鲁棒故障诊断滤波器设计

研究了带参数不确定性和干扰输入的奇异系统的鲁棒故障诊断滤波器设计问题.设计H∞滤波器作为残差产生器,使残差与故障加权之间的误差尽可能小.给出了残差误差系统对所有满足条件的不确定性是容许的且残差误差与干扰输入的L2范数的比值最小的充要条件,并给出残差产生器各系数矩阵的求解方法.     

轨控期间挠性卫星的姿态容错控制及主动振动抑制

针对受轨道控制推力影响及存在执行器故障的挠性卫星,提出了一种基于自适应滑模的姿态容错控制及挠性振动抑制方法.该容错控制方法不需要故障信息,而是基于滑模控制原理,利用自适应算法能够对故障系统中的不确定参数信息实现有效估计,并且在保证姿态稳定的同时,对来自环境和系统内部的扰动及转动惯量的不确定性具有良好的鲁棒性,从而提高了容错控制器的性能.进一步在姿态稳定的基础上,利用精确鲁棒微分器理论,针对挠性模态中的非线性项和扰动项设计了非线性状态观测器,并结合自适应控制和滑模控制方法实现了对挠性振动的有效抑制.最后,在反作用飞轮冗余配置的前提下,对轨道调控期间具有执行器故障的卫星姿态控制系统进行了仿真.结果表明,该方法有效正确.     

不确定网络化控制系统的鲁棒容错控制

提出了网络化控制系统(NCS)的一种建模方法.该方法采用时延估计法和在线取得时延法来获取时变时延,不仅解决了采样时差和时变时延难以估计的难点,而且大大简化了NCS的建模过程.针对NCS中传感器和执行器的失效问题,利用Lyapunov法给出了一种新的鲁棒容错控制算法.运用该算法设计的控制器可使系统在网络时延、故障和建模误差的共同干扰下依然稳定运行,而且该算法接近于普通的状态反馈设计,便于工程实现.实验结果表明,算法能使系统在传感器失效和建模误差的作用下保持鲁棒稳定性.     

基于滑模变结构的导弹伺服机构故障诊断

针对导弹伺服机构的不确定非线性特点,提出了一种基于滑模变结构的传感器故障诊断方案。首先给出一种基于滑模变结构的控制器设计方法,然后利用滑模变结构中的等值控制方法设计了状态观测器,再利用自适应方法实现了对故障的重构。最后将提出的方法在导弹伺服系统中应用,表明了该方法的有效。     

一类离散时滞系统的极小极大鲁棒控制

针对一类离散时滞系统设计有记忆的状态反馈控制器,使得在最坏的干扰和不确定性下,闭环系统渐近稳定且性能指标存在一个最小上界.给出离散时滞系统的极小极大控制定义,利用李亚普诺夫方法和线性矩阵不等式(LMI)方法给出了极小极大鲁棒控制器的存在条件和设计方法.通过建立、求解凸优化问题得到最优极小极大控制器参数和性能指标的最小上界.最后给出数值算例,说明所设计的极小极大控制器只需付出较小的代价成本就能很好地抑制干扰.     

不确定非线性时滞切换系统的鲁棒容错控制

研究了一类结构参数不确定性和未知非线性扰动的非线性时滞切换系统的鲁棒容错控制问题.利用凸组合技术,设计出状态反馈控制器和相应的切换策略,使得闭环系统是全局渐近稳定的.同时当系统的执行器失效时,通过预先给定的失效集,对于所有发生在给定失效集的执行器失效的情况下,使得闭环系统均是全局渐近稳定的.最后通过仿真算例验证了所设计方法的可行性和有效性.     

汽车侧倾角速度传感器的故障诊断和重构

针对汽车侧倾角速度传感器故障对控制系统的影响问题, 提出了一种基于模型的故障诊断和故障重构方法, 并给出了系统的理论证明。对于满足Lipchitz 条件的多输入多输出非线性系统, 可应用带有模型不确定性的一维线性状态方程作为其等效模型, 进行传感器的故障诊断。并在此基础上应用经典的观测器理论设计了残差生成器, 通过特征结构配置的方法, 证明了模型不确定性、执行器故障和干扰可以实现在残差中的完全去耦。采用整车的八自由度模型进行Simulink 仿真, 结果证明了结论的有效性。与其他方法相比, 笔者算法得到的残差具有很强的鲁棒性, 重构出的传感器信号具有很高的精度。