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。     

执行器故障下临近空间飞行器容错控制重构

临近空间飞行器飞行条件复杂、气动环境恶劣，极易导致飞行器舵面出现故障，容错控制是保证飞行器安全运行的关键，对此提出了一种基于观测器-控制器的有限时间高精度容错控制重构策略．首先，为提高容错控制的精确性，在故障影响下飞行器姿态模型基础上，设计了双层快速自适应滑模观测器，实现对包含故障、干扰等在内的综合干扰有限时间估计，避免了传统自适应增益的过估计，从而有效提高观测器估计精度；进一步基于观测器估计值设计容错控制器，获得故障影响下的期望控制力矩，实现飞行姿态的有限时间容错控制．其次，针对故障时气动舵面实际提供的控制力矩难以满足期望值的问题，引入推力矢量喷管作为补充执行器．考虑故障舵面特性，采用基于二次规划的最优控制分配策略，将期望力矩合理分配到气动舵面及矢量喷管上，通过矢量喷管补偿故障舵面力矩损失，实现执行器故障下控制重构.最后，通过数值仿真验证了所设计观测器的优越性，并验证了所提出容错控制重构策略的有效性．     

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.     

级联系统执行器故障的自适应诊断

针对一类非线性级联系统的执行器增益故障诊断问题,提出了基于自适应观测器的故障诊断方法.考虑理想情况下的非线性级联系统模型,研究带有未知扰动的非线性级联系统模型.通过设计的自适应检测观测器而产生残差,将残差与事先设定的阈值比较,来确定故障是否发生.所设计的自适应诊断观测器保证了残差信号的收敛及对故障的准确估计;在具有扰动情况下,可以确保信号指数衰减到残差集.对风力发电机非线性级联系统模型的仿真实验验证了设计方法的有效性.     

基于自适应滑模观测器的故障诊断

讨论了一类线性系统执行器故障的诊断问题.首先应用状态和输出变换,将原系统转化为两个低维子系统,再利用滑模观测器设计理论和等价控制概念重构执行器故障.考虑到实际系统中的不确定因素,上述方法推广到一类线性扰动系统,提出了基于自适应滑模观测器的故障诊断算法.最后,将所提算法应用于某型飞机模型的故障诊断.     

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.     

非线性摄动时滞系统故障诊断

针对一类含有未知输入和非线性摄动的状态时滞系统,采用基于自适应观测器的故障诊断系统的设计方法,以线性矩阵不等式的形式给出此问题解的存在条件及求解算法,并论证了系统的鲁棒稳定性,给出了对故障检测具有高灵敏度、零误报率的阚值判断公式.设计的自适应观测器具有双重功能:首先作为故障检测观测器能够检测出故障的发生,然后作为故障诊断观测器能够理想地估计出故障随时间的变化曲线.此算法既能诊断突变故障,又能诊断缓变故障.仿真结果表明算法具有良好的诊断性能.     

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.     

基于事件触发的线性网络化控制系统主-被动混合容错控制设计

针对一类具有时变时延的线性网络化控制系统(NCS),在离散事件触发通信机制下,研究了执行器任意失效故障的主-被动混合容错控制问题.建立了基于事件触发机制的闭环故障系统模型,设计了能使系统在发生故障集以内的故障时稳定的被动容错控制器.同时,设计故障诊断观测器估计任意执行器失效故障的大小,一旦获得准确的故障信息,立即重构控制器以补偿故障的影响.所设计的主-被动混合容错控制器在执行器任意失效故障下,不但能使系统稳定而且具有良好的控制性能.仿真算例验证了本文方法可在确保故障系统稳定的前提下能有效地节约网络通信资源.     

电机驱动系统电流传感器故障诊断与容错控制

为有效解决电机驱动系统中的常见的电机电流传感器故障诊断与容错控制问题,结合Luenberger状态观测器与修正Bayes分类算法,提出了一种有效的传感器故障诊断与容错控制方法。该方法以一种可调增益矩阵的Luenberger状态观测器模型为基础,实现各种工况下电流值的实时估计。基于残差生成单元和修正的Bayes分类算法对故障传感器进行实时检测与定位,并在传感器故障工况下用观测器估计值代替电流传感器信号实现电机驱动系统的容错控制。仿真结果表明,本文所提算法能快速诊断出故障传感器并具有容错控制功能,可有效提高电机驱动系统可用性。     

基于T-S模糊建模方法的近空间飞行器姿控系统传感器故障调节技术研究

针对近空间飞行器从近空间空域返回地面再入大气层的飞行过程中其姿态控制系统发生传感器故障的情况,研究了基于广义扩张系统方法的传感器故障调节问题。首先,将再入飞行阶段的近空间飞行器非线性姿控系统用一组T-S模糊模型来表示,并基于此模糊模型引入传感器故障模型。然后,将含有传感器故障的T-S模糊模型利用广义扩张系统方法将其转化为T-S模糊奇异系统,进而设计一个全维状态观测器来得到被控系统的状态向量和传感器故障信号的估计值,并在此基础上提出了一个利用传感器故障补偿技术的反馈控制策略,使得闭环控制系统能够渐近调节传感器故障的影响。最后,通过数值仿真验证了所提方案的有效性。     

基于T-S模糊故障树分析的液压系统故障搜索策略

提出一种基于T-S模糊故障树分析的故障搜索策略。以某型液压载重车支腿液压系统故障树为例,在给出T-S模糊故障树基本事件的T-S关键重要度概念和计算方法的基础上,综合考虑基本事件的T-S关键重要度和搜索费用等因素,采用逼近理想解排序法(TOPSIS)计算出故障方案的搜索顺序。该方法克服了传统故障树分析方法在故障搜索中二态假设的局限,分析了在不同顶事件故障程度的条件下的故障搜索策略,增加了故障搜索结果的准确度,提高了故障诊断的可行性。     

基于AFS的一类非线性系统鲁棒故障诊断

针对一类非线性系统,首先设计了系统无故障时的状态观测器,给出了闭环系统稳定性定理并作了详细的证明。在此基础上,当系统发生故障时且存在外加干扰时,通过自适应模糊系统AFS(Adaptive Fuzzy Systems)构造了系统故障逼近器,研究了系统的鲁棒故障诊断。最后,仿真结果验证了文章所提出方法的有效性和鲁棒性。     

Fuzzy fault diagnosis system of MCFC

A kind of fault diagnosis system of molten carbonate fuel cell (MCFC) stack is proposed in this paper. It is composed of a fuzzy neural network (FNN) and a fault diagnosis element. FNN is able to deal with the information of the expert knowledge and the experiment data efficiently. It also has the ability to approximate any smooth system. FNN is used to identify the fault diagnosis model of MCFC stack. The fuzzy fault decision element can diagnose the state of the MCFC generating system, normal or fault, and can decide the type of the fault based on the outputs of FNN model and the MCFC system. Some simulation experiment results are demonstrated in this paper.     

基于模糊神经网络的MVB故障诊断算法

针对多功能车辆总线具有随机性和不确定性导致故障诊断准确率较低的问题, 设计一种基于模糊神经网络的MVB故障诊断算法. 首先根据MVB故障类型给出诊断模型, 然后采用减法聚类生成数量较少的模糊规则, 最后采用T-S模糊神经网络对故障进行分类. 在MATLAB环境下对该算法的拟合能力及诊断准确率进行仿真分析的结果表明, 该算法简化了模糊神经网络结构, 有效提高了故障诊断准确率.     

基于模糊神经网络的MVB故障诊断算法

针对多功能车辆总线具有随机性和不确定性导致故障诊断准确率较低的问题, 设计一种基于模糊神经网络的MVB故障诊断算法. 首先根据MVB故障类型给出诊断模型, 然后采用减法聚类生成数量较少的模糊规则, 最后采用T-S模糊神经网络对故障进行分类. 在MATLAB环境下对该算法的拟合能力及诊断准确率进行仿真分析的结果表明, 该算法简化了模糊神经网络结构, 有效提高了故障诊断准确率.     

基于在线模糊聚类的故障检测和容错控制

提出了一种新的基于T-S模糊模型在线辨识的非线性系统的故障诊断与容错控制策略.在闭环控制中,根据在线产生的数据对T-S模糊模型进行辨识,当故障引起系统动态的结构性变化时,在线模糊聚类算法能够辨识出系统的重大改变并产生新的模糊规则描述系统新的动态,同时基于T-S模型的控制律也会做出相应的调整.分析了T-S模糊模型结构和参...     

基于自适应观测器的线性离散系统故障诊断

为诊断线性离散系统中的故障,提出了基于状态估计的自适应观测器故障诊断方法。利用基于Lyapunov函数的自适应观测器构造残差信号,设计了观测器增益矩阵和故障估计值的自适应调节规律。保证Lyapunov函数的一阶导数为负,所提出的自适应调整律能够实现观测器稳定和故障估计误差收敛。仿真结果表明,该方法可以及时检测系统故障,且能够诊断故障大小。     

基于神经网络模糊观测器的非线性系统的故障诊断

本文运用T-S模糊模型建立非线性系统的系统模型,用神经网络逼近非线性故障,用以设计观测器诊断系统故障。仿真结果表明,该设计方法能够有效的估计出故障大小。     

故障诊断训练系统中人的能力评价

本文根据模糊图理论，提出了一种适用于人的故障诊断能力评价的双向模糊图模型，并以机床故障诊断为例，证明了该方法的有效性，说明其能够比较客观地反映出个人的能力水平，具有一定的实用价值．