开关磁阻电机功率变换器容错控制方法

功率变换器是开关磁阻电机驱动系统易出现故障机构之一,为提高该驱动系统可靠性与容错性,本文以不对称半桥型功率变换器为研究对象,针对功率管短路与开路故障分别提出不同在线容错控制方法.通过对调故障相两功率管工作状态实现斩波功率管短路故障容错控制,基于细菌觅食算法(bacterial foraging algorithm)优化的PI速度控制器来降低转矩脉动以消除常闭功率管短路故障造成的恶性影响,并通过实时在线调整非故障相的导通角与关断角实现功率管开路故障容错控制.仿真与实验结果表明,所提方法能够根据故障诊断详情及时进行在线容错控制,且容错效果良好,无需增加任何硬件结构,操作简单易行,可避免故障运行造成的恶性影响.     

双时滞系统的故障诊断和动态最优容错控制

对含有状态时滞和控制时滞的线性时滞系统, 研究系统发生不可直接测量的传感器故障和执行故障时的故障诊断和最优容错控制问题. 首先基于时滞系统的线性变换, 利用Riccati矩阵方程和Sylvester方程设计了故障情况下的最优容错控制律, 并证明了最优容错控制律的存在唯一性. 然后通过构造一种新的含有故障的增广系统的降维状态观测器, 实现了故障的实时在线诊断和系统状态的观测, 解决了最优容错控制的物理不可实现问题. 最后利用故障诊断的结果给出了物理可实现的动态最优容错控制律. 仿真实例验证了故障诊断方法和动态最优容错控制方法的可行性和有效性.     

一类非线性系统的故障重构与容错控制

针对一类满足Lipschitz条件的仿射非线性系统,提出一种执行器故障重构与容错控制方法。通过非奇异变化矩阵对系统进行降阶,设计出滑模故障重构观测器,优化滑模策略,使滑模故障重构观测器渐进估计系统的状态,并给出稳定性分析。运用等价输出控制方法直接获取故障信息,实现执行器故障的检测与重构。设计出主动容错控制器,通过补偿控制,完成执行器故障的容错控制。最后通过数值仿真验证了方法的可行性与有效性。     

基于滑模控制的卫星姿态控制算法研究

针对卫星姿态控制系统存在外部扰动和执行器故障的情况下,提出一种基于非线性观测器技术和滑模控制理论的容错控制器设计方案。首先,建立含有外部扰动和执行器故障的刚体卫星姿态控制系统运动学方程和动力学方程。然后,通过非线性干扰观测器估计系统中的未知故障,进而利用故障信息基于滑模控制策略设计容错控制器。通过Lyapunov函数证明闭环姿态控制系统的稳定性。最后通过数值仿真验证该容错控制方案的鲁棒性和可行性。     

风能转换系统执行器故障主动容错控制

提出了一种新颖的风能转换系统滑模主动容错控制策略.针对风能转换系统执行器故障,运用预测控制思想和迭代算法,设计了一种故障观测器.在设定的优化时域长度内,利用实际系统与故障观测器的输出差值,通过反复迭代运算,不断地对虚拟故障信号进行调整,使其能有效地拟合实际系统执行器故障,并根据故障观测值实时调整滑模容错控制器结构.未发生故障时,故障观测值为零,系统在滑模控制器控制下稳定运行;执行器发生故障时,运用故障观测值实时调整滑模容错控制项,并用双曲正切函数代替符号函数,消除抖动.仿真实验结果表明,滑模容错控制器下的系统具有良好的容错能力,提高了风能转换系统最大风能捕获效率.     

一类非线性系统的故障检测与容错控制算法

针对仿射非线性系统提出了一种稳定的故障检测及容错控制算法.该算法利用神经网络对系统故障进行建模,在线估计故障向量,监测系统运行情况;在反馈回路中引用故障辅助反馈控制回路,实现容错控制;并基于Lyapunov方法进行了稳定性分析.控制系统可运行于两种模式:系统正常时,采用常规反馈控制器(CC);有故障发生时,引入补偿控制来削弱故障影响,保障系统的正常运行.最后对一类非线性电机的仿真控制结果表明了此容错控制方法的有效性.     

可重构机械臂反演时延分散容错控制

针对存在模型参数不确定性的可重构机械臂系统执行器故障,提出一种基于反演设计与时延技术相结合的容错控制方法.该方法利用反演设计的基本思想,通过神经网络补偿子系统动力学模型中的参数不确定项和关联项.利用时延控制的逼近能力来补偿执行器的故障,使得故障发生时能及时实现容错控制.该方法具有不需要在线进行故障诊断的特点,仿真结果表明了所提出控制方法的有效性.     

基于BP神经网络的矿井提升机自校正容错PID控制

针对矿井提升机系统故障时动态性能难以用传统的解析方法获得的问题,提出了一种基于BP神经网络的矿井提升机自校正容错PID控制方法。该方法通过BP神经网络在线学习跟踪提升机系统的动态特性来预测系统输出值,并应用自适应控制中的自校正PID构建容错控制器,实现提升机系统故障下的稳定容错控制。仿真结果表明,该方法在提升机系统故障情况下能迅速跟踪系统故障状态,在线调整PID参数,快速恢复系统性能。     

带有非线性扰动的不确定时变广义系统的容错控制

针对基于非线性时变扰动的一类参数不确定时变广义系统,研究了当系统存在故障时的容错控制问题,首先对系统中存在的非线性扰动在假定其满足Lipschitz条件的前提下进行了线性化处理,然后针对系统中存在的故障建立起故障模型,通过构建Lyapunov方程得到了系统广义二次稳定以及鲁棒稳定的充分条件,并在系统稳定的条件下进一步得到状态反馈容错控制器,从而实现对故障系统的容错控制。最后通过一个数值算例说明所给方法的可行性。     

风能转换系统执行器故障重构与容错控制

针对风能转换系统中执行器故障,论文提出了一种新型的主动容错控制策略.设计滑模故障观测器,实时动态采集执行器故障前后数据信息,对执行器故障进行重构,达到故障诊断的目的.通过补偿控制,保证了滑模控制器对风能转换系统的可靠控制输入,以达到对执行器故障主动容错的功能.仿真结果表明,滑模故障观测器模块能够实时精确地重构风能转换系统执行器故障,主动补偿容错控制器在不影响风能转换系统动态性能的情况下,仍能实现系统的最大风能的捕获.     

非均匀采样数据系统时变故障估计与调节最优集成设计

针对一类发生连续时变故障的非均匀采样数据系统,建立了一套主动容错控制最优设计方案. 首先,为了实现基于非均匀离散采样输出对连续故障的估计,同时鉴于现有自适应故障诊断方法无法直接推广于非均匀采样数据系统,提出一种连续时间增广观测器最优设计方法,既能保证故障估计误差快速收敛同时又对外界干扰鲁棒;并且提出一个迭代算法对故障估计延迟与系统鲁棒性进行权衡;进一步地,基于所获得的故障信息,并考虑估计误差和时变故障内采样特性对容错控制带来的不利因素,设计基于状态反馈的非均匀采样容错控制器来快速恢复故障系统性能;最后,通过对四容水箱基准实例的仿真来验证所提方法的有效性.     

考虑传感器故障的导弹姿态控制系统主动容错控制研究

针对导弹姿态控制系统惯性传感器故障,提出了基于信号重构的主动容错控制方法.分别利用基于梯形算法的数值积分器和有限时间收敛微分器对姿态角信号和角速率信号进行重构,当在线诊断出姿态角或角速率传感器故障时,以重构信号代替故障信号进行反馈控制来实现系统的主动容错控制.在建立导弹姿态控制系统模型并采用次最优控制方法设计输出反馈控制器的基础上,对所设计的主动容错控制方法进行仿真,仿真结果表明该方法是有效的.     

基于故障程度的自适应优化容错控制

为了解决故障严重程度等级划分缺乏依据、传统经验直接划分可靠度不高局限明显等问题,提出一种结合间隙度量方法的故障程度等级度量标准。引入间隙度量的相关方法定义一种新的故障等级划分方法,通过这种故障等级划分方法可以直观便捷地确定故障的严重程度。根据不同的故障情况,结合预设的最优容错控制措施对故障系统进行容错控制,有效地提升了系统的鲁棒性和稳健性。设计了两种不同形式的基于故障程度的自适应优化容错控制器,并对容错控制的效果进行了对比分析,仿真实验验证了该方法的有效性,与常规容错方法相比更加灵活高效。     

存在部分解耦扰动的网络化系统容错控制

针对一类存在执行器故障和部分解耦扰动的离散时间网络化控制系统,研究测量数据随机丢失情况下的主动容错控制问题。首先,通过模型转换将原系统化为一个与之等价的状态增广系统;然后在考虑测量数据发生随机丢失情况下,构造未知输入观测器(unknown input observer, UIO)实现对系统状态与故障的联合估计,再基于状态和故障的在线估计值,设计基于信号补偿的容错控制律实现对原系统的主动容错控制。在该容错控制算法中,观测器与控制器增益的存在性条件均可利用李雅普诺夫稳定性理论对误差系统进行随机分析得到,相应的估计器和控制器参数可通过在线求解具有凸约束的矩阵不等式获得。最后,通过一个喷气式发动机模型的仿真算例验证所提出的故障估计与主动容错控制方法的有效性。     

执行器故障多率采样间歇过程的鲁棒 耗散迭代学习容错控制

针对一类具有干扰和执行器故障的多率采样间歇过程,提出一种具有鲁棒耗散性能的迭代学习容错控制算法.通过提升技术将多采样率过程用慢速率采样的状态空间模型来描述,并基于二维系统理论,把迭代学习控制过程转化为等价2D Roesser故障系统,再沿时间和迭代方向设计具有耗散性能的反馈容错控制器,并以线性矩阵不等式形式给出容错控制器存在的充分条件,同时确保多率采样间歇过程在正常和故障条件下的耗散性能.注塑过程的注射速度控制仿真验证了方法的有效性和可行性.     

机器人系统的加权快速终端滑模主动容错控制

针对受执行器故障的非线性机器人系统,提出一种加权快速终端滑模主动容错控制方法。首先利用观测器估计机器人系统中的执行器故障信息,并通过自适应律对故障未知的界进行估计。然后根据机器人各关节的加权位置误差进一步设计快速终端滑模控制器对获得的故障信息做出补偿,从而实现有限时间主动容错控制。通过李雅普诺夫函数法证明了闭环系统的稳定性,并采用两关节机器人验证了方案的有效性。该方案可以通过对不同关节位置误差权重值的分配来相应地补偿故障的影响,能够在有限时间内使得机器人位置跟踪误差快速收敛且跟踪精度得到提高。     

切换系统的同时故障估计与容错控制

当切换系统发生故障时,通常需要依次进行故障诊断和容错控制.为了提高切换系统故障诊断的可靠性和容错控制的及时性,本文提出一种同时故障估计与容错控制方法.针对满足平均驻留时间约束的线性切换系统,首先建立了基于状态观测器的同时故障估计与容错控制器,并将其设计问题转化为了加权H∞性能指标下增广误差系统的多目标求解问题.然后使用平均驻留时间技术和多Lyapunov函数方法设计了故障估计与容错控制器的参数,又通过松弛矩阵方法进一步得到了保守性较低的结果.最后,利用一个例子对本文所提方法进行了仿真,证实了该方法的有效性.     

一类非线性系统的输出反馈容错控制

针对一类非线性系统,研究了故障情况下基于输出反馈的容错控制问题．首先基于Zhang的自适应观测器和Lin的输出反馈控制律设计了正常系统的标称控制律,分析了该控制律的性能,并得到了故障发生后仍然采用该控制律时闭环系统状态有界的充分条件．在此基础上,设计了故障系统的容错控制律,证明了若发生的故障满足前述的充分条件,则故障系统在该容错控制律下稳定．数值仿真表明了该方法的有效性．     

容错控制系统综述

本文讨论了故障系统的容错控制设计问题.对各种故障系统的容错控制设计方法,从其原理、特征及应用等方面作了详细的综述,主要包括各种故障的监测与隔离方法和各种容错控制器的设计方法.最后对容错控制系统设计的发展趋势作了简要介绍.     

实时操作系统CPU使用率监测的软件容错研究

在硬件实时操作系统中,系统CPU的使用率是系统性能的一项重要指标,如果任务占据了系统的全部CPU,其它任务将无法继续运行,给系统带来灾难性后果。 通过分析实时操作系统中软件运行的特点,系统设计需要采取一定容错策略,以提高系统可靠性和容错能力。在μC/ OS-Ⅱ实时操作系统下对飞行控制软件中的任务进行实时监测。首先给出在μC/ OS Ⅱ实时操作系统下CPU使用率的计算方法,合理提出CPU的监测周期。其次,给出对CPU使用率异常的故障检测算法,对故障进行故障处置,提高系统的容错能力。最后,通过在MPC5674飞行控制计算机中编写嵌入式飞行控制软件来验证四种对CPU使用率异常的处置方法。仿真结果表明,实时操作系统中CPU的软件容错方法可以有效提高系统可靠性和容错能力。