基于自适应未知输入观测器的非线性动态系统故障诊断

针对以往故障诊断研究中要求故障或故障导数及系统干扰的上界是已知的不足,以及难以同时诊断执行器故障和传感器故障的问题,提出一种自适应未知输入故障诊断观测器,能够同时重构非线性动态系统的执行器故障和传感器故障.首先,利用H_∞性能指标抑制未知输入对故障重构的影响,采用Lyapunov泛函得到观测误差动态系统的稳定性;然后,通过线性矩阵不等式求解观测器增益阵,并实现故障重构;最后,通过直流电机系统的仿真验证了所提出方法的有效性.     

基于自适应观测器的时滞系统执行器故障诊断

该文研究了一类含有未知输人干扰和模型不确定性的线性时滞系统的故障诊断问题。通过设计自适应诊断观测器，得到了一种新型的鲁棒执行器故障诊断方法。首先针对确定性系统分别设计了检测观测器和自适应诊断观测器，前者能够检测出故障的发生，后者能够理想地估计出故障随时间变化的形状。然后考虑系统的外部干扰和模型不确定，改进了自适应诊断观测器的算法，证明了故障诊断系统的稳定性，提高了故障诊断系统的鲁棒性。最后给出了故障检测过程中阈值的选取原则。仿真结果表明算法具有良好的诊断性能。     

基于奇异观测器的连续系统传感器故障估计

研究连续系统的传感器故障估计问题,提出一种奇异观测器来进行故障估计,所提方法不需要假设故障、故障导数和干扰的上界已知.通过HB∞性能指标抑制了干扰对故障估计的影响;采用线性矩阵不等式来获得奇异观测器的增益阵;利用Lyapunov泛函得到了观测误差动态系统的鲁棒渐近稳定性;最后通过飞行器仿真实例验证了所提方法的有效性.     

基于自适应观测器的四旋翼无人飞行器多传感器故障诊断方法

为了实现对四旋翼无人飞行器多传感器故障检测与诊断,提出一种基于自适应观测器的多传感器故障诊断方法。首先,在建立飞行器动力学模型和传感器模型的基础上,将传感器故障视为虚拟执行器故障,构建四旋翼无人飞行器多传感器故障检测与诊断系统;其次,设计非线性观测器实现多故障检测和与隔离,基于Laypunov方法设计非线性自适应观测器实现对多故障偏差值的估计;最后,在传感器测量噪声存在的情况下,证明自适应律的稳定性和参数收敛性。实验结果表明,该方法能有效进行多传感器的故障检测与隔离,实现对多传感器故障偏差的同时估计与跟踪。     

基于观测器的机械臂执行器故障诊断方法研究

为了提高机器人系统的可靠性，针对机器人的机械臂控制系统，提出一种基于观测器的执行器故障诊断方法。在考虑系统存在外部干扰的情况下，通过设计干扰观测器抵消外部干扰对故障诊断结果的影响。为了进一步诊断系统执行器故障，提出一种基于二阶滑模观测器的故障诊断方法，通过等效输出注入项对系统执行器故障信号进行故障估计，以完成机械臂执行器的故障诊断任务。最后，建立了双关节机械臂控制系统仿真模型并通过数值仿真分析说明了该故障诊断方法的有效性和应用前景。因此，本研究有助于提高工业机器人系统的可靠性和安全性。     

汽车稳定控制系统执行器与传感器故障诊断与估计

汽车稳定控制系统具有明显的非线性特性,对其传感器与执行器的故障诊断具有一定难度。从汽车八自由度模型入手,简化模型并建立虚拟输入。针对虚拟输入模型,将虚拟执行器故障作为增广状态向量的一部分,构造一个增广系统。利用李雅普诺夫理论设计观测器,获得原系统状态与虚拟执行器故障的渐近估计,并分析了增广观测器的稳定性与收敛性。通过LMI技术实现线性矩阵不等式求解,完成观测器设计。选择一个新的状态变量作为输出信号滤波器,将传感器故障转化为执行器故障,建立二增广系统,直接利用执行器故障诊断方法实现传感器故障诊断。通过Simulink,验证了此方法的可行性。与其他方法相比,该方法不仅能够同时得到虚拟执行器与传感器故障信号,为系统提供警示,而且为后续的容错控制设计提供可靠数据。     

一类伴有部分解耦干扰的非线性系统故障诊断

针对Lipschitz非线性系统执行器故障检测和传感器故障估计问题,本文提出了一种基于H-/L_∞未知输入观测器的有限频域故障诊断策略.首先,将系统处理成包含传感器故障的增广系统.然后,将该系统的未知输入干扰分为可解耦与不可解耦两部分.针对可解耦部分,利用观测器匹配条件将其从估计误差中消除.针对不可解耦部分,设计L_∞指标抑制其对残差的影响并结合有限频域H-指标提高执行器故障检测灵敏度.接着,给出观测器存在的充分条件并将其转化为受LMIs约束的线性优化问题,实现了执行器故障的鲁棒检测及传感器故障的鲁棒估计.最后,结合仿真算例验证了所提方法的正确性与有效性.     

基于滑模观测器和广义观测器的故障估计方法

针对受未知干扰影响的一类非线性系统,提出一种基于滑模观测器和广义观测器的执行器故障和传感器故障估计方法.首先通过线性变换将原系统解耦为两个降阶的子系统,其中一个子系统受执行器故障和干扰的影响,另一个含有传感器故障和干扰,进一步将后一个子系统转化为广义系统.对两类子系统分别设计滑模观测器和广义观测器,给出估计误差一致最终有界的条件,得到系统状态和未知干扰的估计值.然后,利用等效输出控制原理重构执行器故障,引入干扰补偿保证重构算法的鲁棒性,再根据广义观测器的结果获得传感器故障的估计值.最后,通过计算机仿真验证了本文方法的有效性.     

基于扰动估计的飞行控制系统传感器故障重构

针对飞行控制系统的传感器故障重构问题,讨论了基于扰动估计的传感器故障检测与重构方法。首先,通过建立观测器,对已有系统的干扰进行估计;其次,通过干扰的估计值来建立系统的鲁棒观测器;最后,再通过对系统建立多个降维鲁棒观测器来隔离并重构传感器故障。采用某飞机横侧向模型进行仿真验证,仿真表明基于扰动估计的鲁棒观测器能够有效地对传感器故障进行隔离与重构。     

基于广义未知输入观测器的鲁棒故障估计方法

当干扰存在时,有效地估计故障且放松故障的限制条件需要进一步的研究,为此针对含未知干扰的非线性连续系统的鲁棒故障估计问题提出一种广义未知输入观测器方法。首先,将执行器故障向量和传感器故障向量与原系统状态向量组成广义系统,放松对故障类型的限制,对此广义系统设计未知输入观测器解耦干扰,保证鲁棒性的同时估计出状态变量、执行器故障及其一阶微分和传感器故障。然后通过解线性矩阵不等式（LMI）给出估计误差渐近收敛的条件。最后,在MATLAB 的simulink平台上用三叶片水平轴风力模型仿真验证本文观测器的故障估计有效性鲁棒性。     

基于有限时间未知输入观测器的一类受扰非线性系统故障检测与估计

针对一类非线性系统同时存在执行器故障、传感器故障和扰动的问题,提出一种基于有限时间未知输入观测器的故障检测与估计方法.首先,通过线性非奇异变换将原系统解耦为两个降阶的子系统,其中一个子系统只包含扰动,另一个子系统同时包含扰动和故障;然后,通过一阶低通滤波器获得新的状态并与子系统构成增广系统,实现将原系统的传感器故障转化为增广系统的执行器故障;接着,设计未知输入观测器对增广系统故障进行检测,实现在有限时间内估计出系统的扰动和故障,并通过理论分析验证所设计观测器的有限时间收敛性;最后,基于永磁同步电机(PMSM)转速系统进行仿真研究,仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

基于高增益鲁棒滑模观测器的故障检测和隔离

针对一类同时具有执行器和传感器故障的不确定线性系统,讨论了基于观测器的故障检测和隔离方法.首先,通过引入增维向量,使得在构造的增维系统中,故障向量包含了原系统的执行器故障和传感器故障.通过构造辅助输出使增维系统的观测器匹配条件得以满足,同时设计高增益滑模观测器对辅助输出进行估计.然后,对增维系统构造鲁棒滑模观测器并用作故障检测观测器,通过滑模控制项来抑制干扰,使观测器具有鲁棒性.在此基础上,结合多观测器故障隔离思想,提出了可以同时对执行器故障和传感器故障进行检测和隔离的方法. 最后,通过对一个五阶飞行器模型进行仿真,证明了所提方法的有效性.     

多故障并发非线性系统一体化跟踪主动容错控制器设计

针对一类执行器及传感器同时发生故障的非线性系统,综合鲁棒滑模重构观测器及自适应滑模容错控制器设计技术,提出一体化跟踪主动容错控制方案.首先,将系统增维变换为广义系统,运用广义约束逆引入辅助矩阵,采用线性矩阵不等式设计观测器系数矩阵,综合自适应律给出广义鲁棒滑模观测器设计程式;在此基础之上,通过设计鲁棒滑模微分器估计输出向量微分,结合广义鲁棒滑模观测器状态估计结论,实现执行器及传感器故障同时重构.其次,基于故障重构及状态估计结论,提出自适应滑模的跟踪主动容错控制律设计程式.最后,通过开展飞行模拟转台伺服系统数值仿真,检验一体化跟踪主动容错控制器设计方法的有效性.     

参考模型自适应方法在非线性执行器故障诊断中的应用

提出了一种采用自适应技术来实现对动态系统中非线性执行器故障诊断的新方法。执行器的故障可看成是由其参数的非期望变化所导致。本文构造了一种自适应观测器,由于该观测器的自适应部分包括了参数估计,故障诊断可由参数估计直接获得。本文证明了算法的收敛性,并通过一个仿真实例说明了算法的实用性。     

控制输入饱和的柔性机械手容错控制

针对挠性机械手易受到建模误差和多源干扰等影响，该文提出了一种基于观测器的自适应容错控制策略。首先，构造干扰观测器（DO）和故障诊断观测器（FDO），分别对机械手的挠性附件产生的振动和执行器故障进行实时估计和抵消；其次，考虑了物理结构限制会导致执行器输入饱和情况，引入抗饱和算法，不仅降低了控制器设计难度，通过约束函数也保证了系统广义状态的稳定性；最后，通过MATLAB/Simulink仿真进一步验证了所提出方法的有效性。     

带有执行器故障的多水面船固定时间分布式滑模协同控制

针对未知环境干扰、未知执行器故障等多水面船协同控制问题,提出一种带有执行器故障的多水面船固定时间分布式滑模协同控制方法,可保证协同控制系统的全局固定时间的稳定性.首先,设计一种固定时间干扰观测器,用于估计集总扰动(包括未知环境扰动和未知执行器故障);其次,引入固定时间非奇异快速终端滑模面,可有效地消除系统的奇异性,改善系统的抖振;然后,提出一种基于固定时间非奇异快速终端滑模面和固定时间干扰观测器的分布式容错控制器,使得收敛时间上界与系统初始状态无关;最后,通过仿真实验验证所提出控制律的有效性.     

基于未知输入观测器的直流电机鲁棒故障估计

针对直流电机系统提出一种基于未知输入观测器(UIO)的鲁棒故障估计方法,同时估计系统中的执行器故障和传感器故障。首先,构建包含系统传感器故障的增广状态系统;然后,基于该增广系统提出一种新颖的UIO,并给出了该观测器的存在条件和多故障估计策略;同时,引入H_∞性能指标最大程度地抑制干扰对故障估计结果的影响;接着,给出观测器的设计条件和参数求解过程并将其转化为易于求解的线性矩阵不等式(LMI)的形式;最后,通过算例仿真和实验验证了该方法的有效性和可用性。     

马尔可夫跳变系统基于观测器的有限时间容错控制

针对具有一般不确定转移速率的单边Lipschitz Markovian跳变系统,设计了有限时间故障估计观测器和容错控制器.首先,提出一种自适应的有限时间故障估计观测器,它对未知输入具有鲁棒性,能够同时估计出系统的状态、执行器故障和传感器故障,并确保了误差系统的H_∞有限时间有界.然后,基于所估计的状态和执行器故障,提出一种有限时间故障容错控制方法确保闭环系统H_∞有限时间有界.通过线性矩阵不等式的形式,给出了所设计的有限时间观测器和控制器存在的充分条件.最后,通过一个仿真实例,验证了所提方法的有效性.     

双电机同步驱动伺服系统故障诊断与容错控制

本文针对双电机同步驱动伺服系统中执行器失效会导致系统性能下降甚至失稳的情况,提出了一种基于自适应滑模的故障诊断和容错控制策略.该方法通过设计各电机转速的自适应滑模状态观测器,在线估计各执行器的失效因子:当单个执行器部分失效时,通过自适应的方法调整控制器增益;当单个执行器全部失效时,重构系统的控制律.对于系统中存在非匹配不确定项的情况,提出在期望虚拟信号中引入基于扩张状态观测器的补偿项抑制方案;利用Lyapunov理论证明了闭环系统在正常和故障状况下的稳定性以及观测器的收敛性;仿真结果表明,所设计的控制策略能保证系统稳定跟踪指令信号,在单个执行器失效的情况下系统跟踪性能基本不下降.     

推力矢量飞机鲁棒故障检测与辨识和 指令滤波容错控制系统设计

针对推力矢量飞机(TVA)在超机动飞行中的舵面故障、执行器故障、参数摄动和外界干扰等问题,提出了一种鲁棒故障检测与辨识和指令滤波容错控制(RFDI–CFFTC)系统设计方法.首先针对TVA故障模型提出了一种基于多观测器的RFDI机制,通过引入自适应律和观测器来补偿参数摄动和外界干扰的影响,实现对舵面故障和执行器故障的准确检测与辨识,同时准确估计故障程度;然后在RFDI的基础上,设计了CFFTC容错控制律,实现包容舵面故障、执行器故障、参数摄动和外界干扰的TVA容错控制,同时改善了传统反步法中的“微分爆炸”问题;最后对RFDI–CFFTC系统的稳定性进行了证明.MATLAB/Simulink仿真验证了本文方法的有效性.