基于微分同胚优化极端学习机的人脸识别

极端学习机(ELM)以其快速高效和良好的泛化能力在模式识别领域得到了广泛应用。然而当前的ELM及其改进算法并没有充分考虑到隐层节点输出矩阵对极端学习机泛化能力的影响。通过实验发现激活函数选取不当及数据维数过高将导致隐层节点输出值趋于零,使得输出权值矩阵求解不准,降低ELM的分类性能。为此,提出一种微分同胚优化的极端学习机算法。该算法结合降维和微分同胚技术提高激活函数的鲁棒性,克服隐层节点输出值趋于零的问题。为验证所提算法的有效性使用人脸数据进行实验。实验结果表明所提算法具有良好的泛化性能。     

大形变微分同胚图像配准快速算法

本文提出一种研究大形变图像配准算法. 大形变使得图像信息和拓扑结构有较大的改变, 目前该方面的研究仍然是一个难点. 基于严密数学理论的微分同胚Demons算法是图像配准的著名算法, 为解决大形变配准问题提供了重要基础. 基于对微分同胚Demons算法的研究结合流形学习的思想提出一种大形变图像配准的新算法(MRL算法). 新算法通过挖掘图像的局部和全局流形信息改进微分同胚Demons 速度场的更新, 更好地保持图像的拓扑结构. 对比实验结果表明, 本文所提出的算法能够快速高精度地实现大形变图像的配准.     

基于微分同胚的鲁棒激活函数的极端学习机

极端学习机作为一种分类算法已被广泛应用于各个领域,并取得较好的效果。然而在实际问题中数据的不规则分布、带有噪音以及离群点,都严重影响了极端学习机算法的分类准确率。针对这些问题,深入分析不同激活函数的特性,提出了一种基于角度优化和微分同胚理论的鲁棒激活函数（Robust activation function）。该鲁棒激活函数通过角度优化及微分同胚揭示数据的内在流形,从理论上证明了中心化样本长度与其偏离主空间角度为子空间偏离的主要因素,进而解决了噪音造成的主空间偏离问题,并且可尽量避免激活函数的输出值趋于零的情况。实验结果表明本文提出的激活函数优于其他的激活函数。     

基于自适应滑模观测器的不匹配非线性系统执行器故障重构

针对一类含有未知干扰的不匹配非线性Lipschitz系统,提出了基于自适应滑模观测器的执行器故障重构方法.首先引入辅助输出矩阵,使得辅助输出系统的观测器匹配条件得以满足,同时设计了高增益观测器实现对未知辅助输出的精确估计;然后针对辅助输出系统建立故障重构滑模观测器,设计了自适应律在线修正滑模控制器增益,考虑故障上界未知的前提下,提出了观测器状态估计误差稳定的存在定理,运用Schur补引理将观测器反馈增益矩阵设计方法转化为求解线性矩阵不等式约束优化问题,同时引入线性变换矩阵,在故障上界未知的前提下设计了滑模控制增益,使得输出估计误差收敛稳定,确保了滑模运动在有限时间内发生,在此基础上利用等效控制输出误差注入原理实现了执行器故障重构;最后通过仿真算例验证了本文方法的有效性.     

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。     

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.     

自适应广义滑模观测器之状态估计和故障重构

针对一类同时具有执行机构故障和输出扰动的不确定性系统,提出了一种自适应广义滑模观测器,实现系统状态的估计和执行机构故障的重构.首先,进行系统变换及状态增广构成一类奇异系统,使得执行机构故障和输出扰动解耦,且输出扰动成为增广系统的状态之一;随后,受未知输入观测器和滑模观测器的启发,设计了一种广义滑模观测器,放宽了传统方法对输出维数的严格约束,并通过融入自适应技术放宽了对故障和不确定性上界已知的要求;最后,利用等效误差注入的思想实现故障重构.针对可重复使用运载器再入段进行的仿真实例,验证了所提方法的有效性.     

基于故障重构的故障识别

针对基于主元分析(Principal Component Analysis,PCA)的统计过程性能监测法,尽管不依赖于精确的数学模型,然而却限制了其在故障诊断方面的能力问题,在故障重构技术的基础上,研究了基于统计量的故障诊断问题,获得了主元子空间中故障可重构性的理论条件,提出了故障识别指标和诊断算法.通过对双效蒸发过程...     

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.     

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。     

基于鲁棒滑模观测器的多电机卷绕系统故障检测和隔离

针对多电机卷绕系统故障检测和隔离问题,提出了基于滑模观测器的鲁棒故障检测和隔离策略.首先,考虑到多电机卷绕系统运行环境变化引起的摩擦系数、杨式模量、半径和转动惯量等参数的不确定性,通过引入非线性未知输入干扰对系统不确定参数进行描述,将多电机卷绕系统转化为包含执行器故障的一般不确定非线性系统;其次,构造鲁棒滑模观测器并用作故障检测观测器,通过滑模控制来抑制未知输入干扰,使观测器具有鲁棒性,在此基础上,结合多观测器故障隔离的思想,提出了可以同时对多个执行器故障进行检测和隔离的方法;然后,根据李雅普诺夫理论得到使观测器系统指数收敛的充分条件,同时给出了观测器增益的求解方法;最后,仿真结果验证了所提方法的鲁棒性和有效性.     

Disturbance decoupled fault reconstruction using sliding mode observers

This paper investigates and presents conditions that guarantee disturbance decoupled fault reconstruction using sliding mode observers, which are less stringent than those of previous work, and show that disturbance reconstruction is not necessary. An aircraft model validates the ideas proposed in this paper. Copyright © 2010 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

Observer based fault reconstruction schemes using terminal sliding modes

ABSTRACT

Two state/fault estimation methods using terminal sliding mode (TSM) concepts are presented in this paper. In contrast with conventional sliding modes, which guarantee asymptotic convergence of non-output estimation errors and faults, TSMs enable finite time convergence of estimation errors for faults and all the states. The minimum-phase condition, as a common condition required for fault estimation, is released in the proposed methods. Method I implements fractional power of the so-called switching term to make it robust against matched faults and disturbances. Compared with previous terminal scheme, this method covers a wider class of systems. In Method II, fractional power sliding variable is considered to achieve finite time convergence of estimation errors and their derivatives. In contrast with Method I, this approach is also robust against unmatched faults. Finally, the methods are applied to an unstable aircraft model.     

Fault detection and isolation for nonlinear systems via high‐order‐sliding‐mode multiple‐observer

In this paper, fault detection and isolation problems are studied for a certain class of nonlinear systems. Under some structural conditions, multiple high‐order sliding‐mode observers are proposed. The value of the equivalent output injection is used for detecting faults and the multiple‐model approach for isolating particular faults in the system. The proposed method provides fast detection and isolation of actuator and plant faults. Simulation results support the proposed approach. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Fault reconstruction for delay systems via least squares and time‐shifted sliding mode observers

In this article, we address the problem of fault reconstruction in delayed systems by introducing a time‐shifted sliding mode observer (SMO). While time‐varying delays of arbitrary duration are considered in the measured output signal, the actuator fault is parametrized as a weighted sum of known regressor functions with unknown coefficients. The prediction scheme utilizes the variation of constants formula to obtain the present time estimate of the unmeasured state. The fault is also identified at present time by means of the continuous‐time Least Squares approaches. Ideal sliding mode can be guaranteed in theory, even in the presence of such adverse delays, since there is no chattering in the output estimation error of the SMO. An application to petroleum engineering with numerical simulations is presented to show the effectiveness of the proposed method.     

基于主元子空间故障重构技术的故障诊断研究

针对基于主元分析(PCA)的统计性能监控法,由于不用过程机理模型的信息,因此,对故障诊断问题有难以在理论上作系统分析的缺陷,于是提出了一种基于主元子空间故障重构技术的故障诊断方法。利用故障子空间的概念,在故障重构技术的基础上,研究基于T~2统计量的故障诊断问题,提出故障识别指标和诊断算法。通过对双效蒸发过程的仿真监测,验证该诊断方法的有效性。     

New results in robust actuator fault reconstruction for linear uncertain systems using sliding mode observers

This paper presents a robust actuator fault reconstruction scheme for linear uncertain systems using sliding mode observers. In existing work, fault reconstruction via sliding mode observers is limited to either linear certain systems subject to unknown inputs, relative degree one systems or a specific class of relative degree two systems. This paper presents a new method that is applicable to a wider class of systems with relative degree higher than one, and can also be used for systems with more unknown inputs than outputs. The method uses two sliding mode observers in cascade. Signals from the first observer are processed and used to drive the second observer. Overall, this results in actuator fault reconstruction being feasible for a wider class of systems than using existing methods. A simulation example verifies the claims made in this paper. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.