基于解析模型的非线性系统故障诊断方法综述

对基于解析模型的非线性系统故障诊断方法进行了综述.基于解析模型的非线性故障诊断方法主要包括4大类:基于非线性观测器的方法、基于滤波器的方法、微分几何方法和自适应学习方法.文中详细介绍了各种方法的基本思想和近10年的研究成果,并指出各方法的优缺点以及热点研究方向.最后,给出了一些应用实例,并讨论了非线性系统故障诊断遇到的若干问题以及未来的研究方向.     

基于干扰观测器的二阶多智能体系统模型参考一致性

针对受到外部干扰影响的二阶多智能系统, 提出一种新型干扰观测器的设计方案.在只有部分智能体能接收到参考模型信 号的条件下, 研究受到不同外系统生成干扰信号影响的二阶多智能体系统模型参考一致性问题.针对干扰信号由线性外系统和非线性外系 统生成的情况, 分别设计干扰观测器.进一步提出分布式控制协议, 所提出的一致性协议可以有效地抑制干扰, 最终实现多智能体 系统的模型参考一致性.仿真算例验证了所提出方法的有效性.     

基于观测器的线性时变时滞多智能体系统一致性

针对系统状态不可测和具有通信时延的线性多智能体系统,提出一种基于观测器的一致性控制算法.设计观测器用于解决智能体状态不可测的问题,在观测器的基础上,提出一种控制协议来实现带时变时延的线性多智能体系统一致性.利用模型转换的方式将原系统转换为新的模型系统,在此基础上,构造Lyapunov-Krasovskii函数并分析系统稳定性,通过求解线性矩阵不等式获取控制器系数矩阵.最后通过Matlab数值仿真验证所提出方法的有效性.     

非线性系统指数型降维观测器设计

1 引言 控制系统的状态反馈对各种综合问题显示了其极大的优越性,但系统状态通常不可直接测量到,这就有必要引入状态观测器.对线性系统,著名的Kalman滤波器和Luenberger观测器设计方法为其提供了较为完善的答案.对非线性系统而言,观测器设计是一项具有复杂性的研究工作并引起了众多人的关注.通常来说,有这样几类非线性观测器设计方法:扩展Kalman 滤波器[1]及扩展Luenberger观测器方法[2],非线性坐标变换法[3～5]及类Lyapunov方法[6～10].与线性系统一样,非线性系统按其结构可分为全维观测器和降维观测器.本文对Lipschitz非线性系统降维观测器设计方法进行了讨论.     

采用干扰–观测器控制的移动智能体系统之一致性(英文)

本文研究了具有非线性耦合与外部干扰的移动多智能体系统的一致性问题.假设系统不存在外部干扰的情况,设计了一个牵引控制使得移动智能体系统达到一个期望值.假设系统存在一个外部干扰,应用干扰–观测器控制,使得系统中的所有智能体可以渐近达到一致.通过分析具有固定拓扑和时变拓扑的移动多智能体动态系统,得到了许多基于抗干扰观测器的系统收敛性条件.最后应用仿真实例说明了结论的有效性.     

基于卡尔曼滤波的双闭环直流电机系统状态观测器

在直流电机双闭环调速系统（DFDCMS）简化模型的基础上,分析了饱和非线性DFDCMS的能控性和能观性,提出了饱和非线性DFDCMS的关键状态描述．针对这些关键状态,基于饱和非线性DFDCMS的分段线性模型和卡尔曼滤波（KF）,提出并实现了DFDCMS的KF状态观测器．在仿真平台和实际系统上比较了无滤波器（NF）的状态观测器、带巴特沃斯滤波器（BF）的状态观测器、KF状态观测器在不同情况下对运动执行机构状态辨识的效果．实验表明,所提基于饱和非线性DFDCMS模型的卡尔曼滤波状态观测器能更为有效地反映测试系统的运行状态．     

精确估计下的多智能体系统漏斗复合控制

针对一类具有时变扰动的非线性多智能体系统, 研究其在有向拓扑下的一致性跟踪问题, 提出一种基于精 确估计的复合自适应预设有限时间(PFT)漏斗控制方法. 首先, 构建一种新的PFT漏斗控制, 使跟踪误差约束在PFT 漏斗边界内. 其次, 采用神经网络(NN)逼近系统的未知非线性, 并利用NN逼近信息设计扰动观测器, 建立基于NN和 扰动观测器的复合估计模型, 将得到的预测误差引入NN权值的复合更新律中, 实现对未知非线性和时变扰动的精 确估计. 然后, 利用动态面技术和误差补偿机制, 在解决传统反步法“计算爆炸”问题的同时, 消除滤波器误差对系 统的影响. 最后, 通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统所有信号均为有界的, 并通过仿真实验验证控制方法的有 效性.     

多智能体系统的事件触发无模型迭代学习双向一致性

针对未知模型的非线性离散时间多智能体系统,研究基于事件触发迭代学习双向一致性问题.首先,利用紧凑形式动态线性化方法,建立多智能体系统的动态线性化数据模型,提出一种该数据模型的参数估计算法;其次,基于该数据模型设计输出观测器和死区控制器,并结合信号图论,构建一种事件触发分布式无模型迭代学习双向一致性控制策略;然后,通过设计李雅普诺夫函数对该控制策略的收敛性进行严格的证明;最后,通过数值仿真进一步验证该控制协议的正确性和有效性.     

带有不匹配干扰的多智能体系统有限时间积分滑模控制

针对动态多智能体系统协同控制问题，本文研究了带有不匹配干扰的二阶多智能体系统的有限时间包容控制，提出了基于非线性积分滑模控制（Integral sliding-mode control，ISMC）的复合分布式包容控制算法.首先利用Lyapunov稳定性和齐次性定理，分析了未受扰系统的有限时间包容控制问题；然后针对存在不匹配干扰的多智能体动态系统，设计非线性有限时间干扰观测器估算智能体的状态和干扰，提出基于干扰观测器的复合分布式积分滑模控制协议，结合现代控制理论和滑模控制理论，研究了带有不匹配干扰的多智能体系统有限时间包容控制问题.最后数值仿真证明了控制算法的有效性.     

基于构件方法在智能决策支持系统中的应用

介绍了构件方法在智能决策支持系统中的分析和设计方法，讨论了构件的构造原则及其对系统分析系统和设计的要求，提出了如何基于构件方法实现智能决策支持系统的一种设计原理和系统结构；给出了基于对象建模技术和构件对象模型技术的模型和方法的分析，设计和实现。     

Exponential nonlinear observer based on the differential state-dependent Riccati equation

This paper presents a novel nonlinear continuous-time observer based on the differential state-dependent Riccati equation(SDRE) filter with guaranteed exponential stability.Although impressive results have rapidly emerged from the use of SDRE designs for observers and filters,the underlying theory is yet scant and there remain many unanswered questions such as stability and convergence.In this paper,Lyapunov stability analysis is utilized in order to obtain the required conditions for exponential stability of the estimation error dynamics.We prove that under specific conditions,the proposed observer is at least locally exponentially stable.Moreover,a new definition of a detectable state-dependent factorization is introduced,and a close relation between the uniform detectability of the nonlinear system and the boundedness property of the state-dependent differential Riccati equation is established.Furthermore,through a simulation study of a second order nonlinear model,which satisfies the stability conditions,the promising performance of the proposed observer is demonstrated.Finally,in order to examine the effectiveness of the proposed method,it is applied to the highly nonlinear flux and angular velocity estimation problem for induction machines.The simulation results verify how effectively this modification can increase the region of attraction and the observer error decay rate.     

类Lyapunov非线性系统降维观测器设计

对一般形式的非线性系统,引入了Lyapunov稳定意义下观测器存在性的概念,讨论了降维观测器的存在性.指出若相对于一特别形式的Lyapunov函数在Lyapunov稳定意义下存在全维观测器,则还存在降维观测器,并给出了降维观测器之设计方法.为说明该方法的指导意义,用该方法相对于Lipschitz非线性系统给出了降维观测器设计,并对该设计相对于一具体模型进行了仿真分析,仿真结果表明了该设计方法的正确性及实用性.     

风力发电系统传感器故障诊断

针对非线性风力发电系统,提出了一种基于滑模观测器的传感器故障诊断方法.基于考虑传感器加性故障的非线性动态模型,利用T--S模糊理论建立风力发电系统全局T--S模型,设计模糊T--S系统滑模故障观测器,产生对故障具有敏感性的残差,实现故障检测.通过等价输出控制方法来维持滑模运动,直接获取故障信息,重构传感器故障.最后以三叶片水平轴风力发电系统为例,仿真验证了该方法的有效性与可靠性.     

An approach to design semi-global finite-time observers for a class of nonlinear systems

In this paper, the problem of designing semi-global finite-time observers for a class of nonlinear systems is investigated. Based on the theories of finite-time stability, an approach to designing semi-global finite-time observers for the nonlinear systems is presented. It has been shown that, after the finite time, the designed finite-time observer realizes the accurate reconstruction of the states of the nonlinear system. A numerical example is given to illustrate the effectiveness and validity of the met...     

一种基于全维和降维观测器的故障检测和重构方法

针对不确定性非线性系统,讨论基于观测器的执行器故障的检测和重构方法.首先,通过设计滑模全维观测器,产生对干扰具有鲁棒性、对故障具有敏感性的残差,来达到故障检测的目的;然后,设计能直接消去干扰和故障影响的降维观测器来达到状态渐近收敛估计,并在此基础上,提出故障重构方法;基于微分方程的数值解方法和函数微分的数值解方法,给出一种故障重构的数值解方法;最后,对一个实际模型进行仿真,结果表明了该方法的实用性.     

Observers for systems with nonlinearities satisfying incremental quadratic constraints

We consider the problem of designing observers to asymptotically estimate the state of a system whose nonlinear time-varying terms satisfy an incremental quadratic inequality that is parameterized by a set of multiplier matrices. Observer design is reduced to solving linear matrix inequalities for the observer gain matrices. The proposed observers guarantee exponential convergence of the state estimation error to zero. In addition to considering a larger class of nonlinearities than previously considered, this paper unifies earlier related results in the literature. The results are illustrated by application to several examples.     

Nonlinear observer design via an extended observer canonical form

Based on the theory of designing unknown input observers, an extended nonlinear observer canonical form is introduced. Observers can easily be constructed for those systems which can be transformed into this canonical form. Necessary and sufficient conditions for the existence of such transformation are derived and furthermore an algorithm for calculating this transformation in given.     

Modeling and simulation of nonlinear and adaptive observers

This paper is concerned with methods of designing nonlinear state observers for polynomic systems, which can be modeled by state equations with linear, bilinear, and quadratic terms. The general structure of polynomic observers is introduced and simulation serves as a useful tool to determine the final observer parameters. In the case of polynomic systems and linear systems, where some of the parameters are unknown, the polynomic observer theory can also be applied for a combined estimation of states and parameters. Several examples are given to demonstrate the necessity of modeling and simulation for choosing the observer structure as well as for adjusting the observer parameters.     

Observers of External Deterministic Disturbances. I. Objects with Known Parameters

A new design for observers of external deterministic disturbances is developed, in which parametrized disturbance models for wide classes of linear and nonlinear objects can be derived on a unified basis. The possible parametric uncertainty of the controlled system and external disturbance generator has no influence on the observer structure and parameters, and is manifested in the uncertainty of the parametrized disturbance model. Therefore, our observers are convenient for designing adaptive control algorithms for parametrically uncertain systems under external disturbances or adaptive compensation algorithms for unknown external deterministic disturbances.     

受限的非仿射非线性系统的自适应控制

针对受限的非仿射非线性系统,结合自抗扰思想提出了非仿射系统的扩张状态观测器(ESO)设计,从而将辅助系统设计技巧拓展到了非仿射系统,然后利用反演和指令滤波器设计了自适应控制器,为受限的不确定非仿射系统提供了新的设计思路.为了补偿受限带来的影响,引入了辅助系统,它的状态被用来补偿跟踪误差.指令滤波器用来处理虚拟控制受限问题,同时获得虚拟控制导数的估计,避免了backstepping中对它的繁琐计算,扩张状态观测器被用来估计系统的未知非仿射非线性项和外部干扰.利用输入状态稳定性(ISS)分析了闭环系统的全局一致有界稳定性.最后仿真结果验证了该设计方案的有效性.