非线性广义系统传感器故障估计方法

随着工业控制系统对可靠性的要求日益提高,故障诊断显得越来越重要。当系统存在干扰且干扰上界未知时,有效地对系统中的传感器故障进行估计,需要进一步的研究。为此,针对传感器故障为常值突变故障或缓慢变化故障的情况,研究了一类含外部干扰的非线性广义系统的传感器故障估计问题,提出了一种基于增广状态观测器的传感器故障估计方法。通过状态重构将传感器故障作为增广状态的一部分,构造出一个新的广义系统并设计增广状态观测器,使其能够同时对原广义系统中的状态和传感器故障进行估计;考虑到系统中的干扰项,根据李雅普诺夫稳定理论并结合线性矩阵不等式(LMI)方法,分两种情形给出了估计误差系统渐近收敛的充分条件,保证了可以对原系统中的故障进行渐近估计;通过仿真算例验证了增广观测器对传感器故障估计的有效性,表明了所提方法的可行性。     

一类带有时变时滞的Lur’e型切换系统的故障估计

研究了一类带有中立项和时变时滞信号的非线性切换系统的故障估计问题。通过设计基于观测器的切换故障估计器,将故障估计问题转化为H∞滤波问题。在任意切换信号下,通过选取合适的Lyapunov-Krasovskii泛函,推导并证明了由原系统和估计系统组成的增广系统绝对稳定,同时满足给定的H∞性能指标的时滞相关充分条件。进一步利用锥形补方法给出所设计的估计器参数矩阵的解。最后通过算例验证了所提方法的有效性。     

一类带有时变时滞的Lur＇e型切换系统的故障估计

研究了一类带有中立项和时变时滞信号的非线性切换系统的故障估计问题。通过设计基于观测器的切换故障估计器,将故障估计问题转化为H∞滤波问题。在任意切换信号下,通过选取合适的Lyapunov-Krasovskii泛函,推导并证明了由原系统和估计系统组成的增广系统绝对稳定,同时满足给定的H∞性能指标的时滞相关充分条件。进一步利用锥形补方法给出所设计的估计器参数矩阵的解。最后通过算例验证了所提方法的有效性。     

带有传感器故障的不确定分数阶系统观测器设计

在考虑带有传感器故障和存在量测噪声的条件下,设计了不确定分数阶系统的状态观测器.通过利用增广矩阵和根据矩阵秩不变的性质,把不确定分数阶系统增广为广义分数阶不确定系统.根据线性矩阵不等式的分数阶系统稳定性判据,考虑分数阶次在1相似文献   

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。     

基于中间估计器的非线性广义马尔可夫跳变系统的故障估计

针对具有全局利普希茨非线性的广义马尔可夫跳变系统,研究了当执行器故障和传感器故障并存时系统的故障估计问题.首先,将原系统的状态向量和传感器故障向量扩展为辅助状态变量,得到增广系统.然后通过引入一个中间变量,提出了一种基于中间变量的估计器设计方法,用于估计原系统的状态、执行器故障以及传感器故障.通过构建输入到状态稳定李雅普诺夫函数,证明了广义误差系统对于故障函数的导函数是输入到状态稳定的,这意味着当故障函数的导函数随着时间收敛于0,误差系统也是渐近收敛的.最后通过一个数值算例验证了方法的有效性.     

区域极点指标约束下的优化可靠保性能控制

利用矩阵不等式和LMI方法,研究了一类传感器故障下的不确定离散系统在闭环区域极点指标约束下的鲁棒优化可靠保性能控制问题。分析了故障闭环系统满足区域极点约束和具有较优的保性能上界的充分条件,给出的保性能函数指标上界优于已有的结果。得到了使故障闭环系统满足上述性能约束的可靠状态反馈控制器设计方法。最后通过仿真示例证明了本文方法的有效性。     

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。     

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...     

无线传感器网络控制系统故障检测

为了确保无线网络控制系统运行的可靠性,该文针对由无线传感器网络组成的网络控制系统,设计了基于离散切换系统的故障观测器.假定其可能发生故障,对其进行故障检测研究.通过研究无线传感器网络数据的传输特性,构建了增广故障观测器.将该观测器等效为离散切换系统.利用李雅普诺夫稳定性理论将观测器稳定条件归结为1个线性矩阵不等式,给出了稳定性证明.该观测器能在1s内跟踪上原系统的状态.当系统发生故障时,观测器残差能够迅速发生跳变,从而检测故障.仿真示例验证了该文方法的有效性.     

一种基于事件触发的分布式卡尔曼一致性滤波算法设计

针对无线传感器网络中存在的通信带宽受限等问题,设计了基于事件触发的分布式卡尔曼一致性滤波算法.采用增量发送的传输机制,每个传感器仅在当前时刻观测值与最新触发时刻观测值之间的差值平方超出阈值时,才将观测值发送到相应的估值器.而每个估值器都可以通过时间触发的规则从其邻居节点接收到估计值.为了避免估值之间互协方差矩阵的计算,通过局部最小化方差的上界提出了事件触发的分布式卡尔曼滤波器.基于李雅普诺夫方法证明了算法在均方意义下的指数有界性.数值仿真验证了事件触发的阈值越小,通信率越高且滤波器的估计精度越高;否则,通信率越低且估计精度越低.     

离散随机系统非脆弱满意估计器的设计

基于线性矩阵不等式(linear matrix inequality)方法研究了离散不确定随机系统非脆弱满意鲁棒估计器的设计问题,分析了误差方差和极点指标的相容性,得到了与极点相容的稳态误差方差的上界,在所给指标相容时,通过求解一组线性矩阵不等式得到满意的估计器参数,使误差系统在模型和估计器参数都发生摄动时仍能满足期望的稳态误差方差和圆形极点指标,算例说明该文方法的有效性。     

具有传感器故障的关联大系统的可靠控制

考虑了一类关联大系统的可靠控制器设计问题，该系统具有常时滞、参数不确定性和传感器故障．其中参数不确定性满足匹配条件，传感器具有部分失效的模型．目的是设计无记忆分散控制器来镇定该系统．通过解线性矩阵不等式获得此控制器，使得当传感器器发生故障时被控系统能够保持渐近稳定．最后通过仿真的例子，验证该状态反馈控制器的可行性．     

信道衰落情形下随机时变时滞系统故障估计

为解决一类受信道衰落影响的随机时变时滞系统的故障估计问题, 利用一系列相互独立且服从伯努力分布的随机变量描述通讯时滞的随机发生特性。 通过改进的 L 阶莱斯衰落模型反映信道衰落现象, 应用Lyapunov 稳定性理论、 随机分析技术和 LMI(Linear Matrix Inequality)技术得到故障估计器存在的充分条件, 在求解 LMI 的可行解后, 给出期望估计器增益的表达式。 通过数值仿真得到了确保增广的故障估计动态系统均方指数稳定且满足 H 肄 性能约束的估计器增益, 从而证明了该故障估计方法的有效性。     

离散LPV系统的鲁棒故障估计

对一类具有仿射参数依赖关系的离散线性参数变化(LPV)系统的鲁棒故障估计问题进行研究.基于增益调度思想,提出一种鲁棒故障估计器的设计方法,所设计的故障估计器与对象具有相同的参数依赖性.首先以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出并证明故障估计器存在的充分必要条件,然后给出故障估计器的构造方法,最后通过一个数值例子展示设计过程.仿真结果表明,所设计的故障估计器可以快速、准确地重构系统中的故障信号.     

线性参数变化系统的鲁棒故障估计

针对仿射参数变化系统,研究了鲁棒H∞故障估计问题。基于增益调度的思想,提出了一种鲁棒H∞故障估计器设计方法,该方法所设计的故障估计器与对象具有相同的参数依赖性,而且可以通过线性矩阵不等式进行求解。文中通过实例展示了设计的全过程,仿真结果表明本文所给出的方法能够有效地处理一类参数变化系统的故障估计问题。     

不确定车辆电子稳定控制系统传感器故障估计

针对车辆横摆角速度传感器故障问题,提出一种基于观测器的故障估计策略.首先,考虑由于轮胎侧偏刚度特性造成的不确定性以及系统中存在非线性干扰等因素,建立车辆四轮转向系统数学模型.然后,设计基于观测器的传感器故障估计策略,利用李雅普诺夫函数和线性矩阵不等式方法求解观测器增益.最后,通过Carsim与Simulink联合仿真验证所设计的传感器故障诊断策略的有效性.结果表明：在传感器发生故障时,该诊断策略能够对系统状态以及传感器故障具有良好的估计效果,能够为车辆安全稳定系统提供关键信息,并且对于下一步的传感器故障容错控制提供技术支持.     

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。     

基于滑模观测器的航空发动机信号重构

本文研究航空发动机控制系统中传感器的信号重构问题。针对含有建模误差等未知干扰发动机模型,考虑传感器发生故障情况下,提出了基于滑模观测器的航空发动机信号重构方法。首先通过滤波器将含有传感器故障的系统等效为含有虚拟的执行器故障的系统;然后设计滑模观测器,并设置合适的增益矩阵使得状态估计误差稳定有界、输出估计误差在有限时间内到达滑模面,保证了滑模观测器对传感器故障的精确估计,在此基础上实现航空发动机的信号重构;最后,通过MATLAB/simulink对低压转速传感器发生不同幅度的软硬故障时进行信号重构仿真并与常用的卡尔曼滤波器方法进行对比,结果验证了该方法的有效性。     

时滞静态神经网络新的L_2-L_∞状态估计器设计

研究了一类含有时变时滞的静态神经网络的L_2-L_∞状态估计问题.通过利用增广的Lyapunov-Krasovskii泛函、Wirtinger积分不等式和新的L_2-L_∞性能分析方法,得到了线性矩阵不等式表示的新的L_2-L_∞状态估计器设计充分条件.所设计的状态估计器不仅能保证误差系统的全局指数稳定性,而且满足规定的L_2-L_∞性能要求.最后,数值例子验证了文中所提出设计方法的优越性.