利用降维状态观测器离散系统的鲁棒容错控制

研究了线性离散不确定系统的鲁棒容错控制问题。针对线性离散控制系统存在不确定性和传感器失效的情况，利用降维观测器估计系统的状态，并基于估计的状态构成鲁棒容错控制律。给出了闭环系统具有鲁棒容错特性的充分条件。数值算例表明了算法的有效性。     

电动代步车鲁棒故障检测与容错控制

针对具有参数不确定性的电动代步车系统,提出一种基于区间自适应阈值和控制律重构策略的主动容错控制方法。首先,建立电动代步车系统的不确定性诊断键合图模型,并设计基于区间解析冗余关系的区间自适应阈值以提高参数不确定下的故障检测性能。其次,设计系统无故障情况下滑模控制律以实现代步车速度跟踪。接着,构建参数故障条件下的滑模控制律,利用极限学习机对滑模控制律中用来补偿未知参数故障的控制项进行实时估计,并利用故障检测结果进行控制律的实时切换。最后,通过实验结果分析,验证了基于区间自适应阈值的鲁棒故障检测方法有效性,以及参数故障下主动容错控制方法的可行性。     

基于观测器的无人机编队自适应容错控制

针对多无人机编队飞行中的僚机故障问题,设计了一种基于观测器的自适应容错控制方法。首先,基于领导跟随法建立了无人机编队模型及僚机故障的编队模型,并将其划分为位置子系统与偏航角子系统。其次,基于观测器技术对位置子系统中的状态和故障进行观测,并结合观测的状态和故障信息构造状态反馈控制律;然后,基于自适应方法给出偏航角子系统的控制设计方案,并用Lyapunov理论证明系统跟踪误差最终有界收敛。通过仿真,本文算法在发生故障后对系统的完全跟踪时间和稳态误差分别比基于鲁棒故障估计的方法最大降低了76%和70.3%,并且均比传统观测器的方法明显减少较大,证明了本文算法能更好的克服偏差故障带来的不利影响,有效实现四旋翼无人机群的编队飞行。     

参数不确定广义系统鲁棒H∞容错控制器的设计

研究了一类不确定广义系统基于状态反馈针对执行器发生故障的鲁棒H∞容错控制问题；运用线性矩阵不等式(LMI)给出了鲁棒H∞容错控制器存在的充分条件；通过假设失效的执行器的输出信号是任意的能量有界干扰信号，将不确定广义系统的鲁棒H∞容错控制问题化为H。控制问题，给出了该问题可解性的充分奈件。鲁棒H∞容错控制器可以通过解相应的线性矩阵不等式(LMI)给出，因而具有数值易解性。最后，所给的设计例子说明了方法的有效性。     

基于多边界层的RNO质子交换膜燃料电池发电系统状态估计研究

针对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)发电系统非线性和强耦合的特性,该文提出一种适用于系统状态估计的具有多边界层的鲁棒非线性观测器(robust nonlinear observer,RNO)设计方法,用于估计空气系统的六个状态变量。基于PEMFC系统非线性6阶动态模型,在模型参数具有不确定性和噪声干扰的情况下,采用多个边界层的非线性滑模算法,产生3个非线性误差校正项实时调节系统的输出估计误差,使其满足有限时间收敛特性,并证明了鲁棒非线性观测器的稳定性。通过与传统的滑模观测器(sliding mode observer,SMO)相比较,分析所提出的多边界层鲁棒非线性观测器对6个状态变量的估计精度、收敛性和鲁棒性等方面性能。最后,实验结果表明,所设计的观测器不受系统参数变化、测量噪声及负载扰动的影响,性能明显优于传统的滑模观测器,验证该方法的正确性和有效性。     

中立型时滞系统基于观测器的控制器设计

针对一类线性不确定中立型时滞系统的状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器设计问题,通过构造增广系统,基于线性矩阵不等式的方法,椎导了此类不确定系统状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器存在的时滞相关充分条件,同时给出了相应的状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器的求解。数值实例证明了该设计方案的可行性。     

六相永磁同步电机鲁棒自适应反步滑模容错控制

六相永磁同步电机具有低压大功率、转矩脉动小和容错能力强等优势,特别适合于船舶电力推进领域。针对六相永磁同步电机系统常见的定子绕组缺相故障,结合故障检测机制提出了一种基于零序电流中线补偿的缺相故障容错矢量控制结构,无需根据不同相绕组开路和中性点连接方式重新建立降维解耦的数学模型。为了解决绕组缺相故障引起的转速跟踪和转矩脉动问题,提出了一种鲁棒自适应反步滑模转速容错控制算法,利用自适应估计和鲁棒控制思想分别实时补偿系统存在的慢时变参数摄动和快时变负载扰动,实现了六相永磁同步电机缺相故障运行的转速高精度跟踪和扰动抑制特性。通过半实物仿真平台和绕组缺相故障模拟试验,验证了所提中线补偿策略和转速容错控制算法的有效性。     

基于模糊动态模型的传感器故障诊断方法

提出了解决控制系统全工况运行条件下传感器故障的诊断方法。系统的动态特性用模糊动态模型描述，模糊动态模型由一组反映系统局部动态的线性子模型通过模糊关系连接而成，基于观测器理论进行故障残差的设计，提出了一种衡量故障残差鲁棒性能的指标，然后采用遗传算法优化该鲁棒性指标，得到故障诊断观测器的优化增益阵和加权阵，最后讨论了诊断系统的稳定性，仿真结果表明：该诊断方法能很好地适应系统运行的不同工况，并有效地提高了诊断策略的鲁棒性。     

基于H∞滤波器和迭代算法的HVDC系统故障诊断

介绍了一种可有效检测而且能估计出高压直流输电(HVDC)系统中故障的方法.首先根据HVDC系统模型,构建故障观测器,形成广义残差模型.然后通过线性矩阵不等式(LMI)的方法,将HVDC故障检测问题转化为鲁棒稳定性分析问题,并给出了解存在的LMI条件和求法.为有效地对检测出的故障进行分类,建立了一种基于迭代学习算法的新型故障诊断滤波器,可估计出HVDC系统中发生的故障,从而达到对其进行分类的目的.仿真结果验证了文中所提出的算法能有效检测出发生的故障,且对不同的故障能正确地分类.     

牵引系统电流传感器故障诊断与容错控制

为实现牵引控制系统在电机电流传感器故障工况下的容错控制功能,提出了一种新的电流传感器故障诊断与容错控制算法。通过可变增益状态观测器模型实现电流值的实时估计并生成电流残差,利用CUSUM算法完成传感器故障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牵引系统的容错控制。最后通过仿真验证了所提算法的有效性。     

Fault estimation and accommodation for networked control systems with nonuniform sampling periods

This paper deals with the problem of fault estimation and accommodation for a class of networked control systems with nonuniform uncertain sampling periods. Firstly, the reason why the adaptive fault diagnosis observer cannot be applied to networked control systems is analyzed. Based on this analysis, a novel robust fault estimation observer is constructed to estimate both continuous‐time fault and system states by using nonuniformly discrete‐time sampled outputs. Furthermore, using the obtained states and fault information, a nonuniformly sampled‐data fault tolerant control law is designed to preserve the stability of the closed‐loop system. The proposed scheme can not only guarantee the impact of continuous‐time uncertainties and discrete‐time sampled estimation errors on the faulty system to satisfy a H _∞ performance index but also repress the negative effect of the unknown intersample behavior of continuous‐time fault by use of an inequality technique. Finally, simulation results are included to demonstrate the feasibility of the proposed method. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于键合图的不确定性混杂系统故障诊断

在混杂系统故障诊断中,系统的不确定性与外界的干扰导致诊断过程出现大量误报、漏报现象,针对上述问题,提出由混杂系统诊断键合图(HDBG)模型获得系统全局解析冗余关系(GARRs),根据GARRs由正常工作模式下系统参数的不确定性获得自适应阈值,将自适应阈值与模糊方法相结合,实现对不确定性混杂系统参数性故障的故障检测与隔离(FDI).文章以飞跨电容型三电平逆变器为研究对象,在20-sim软件中进行仿真,仿真结果验证了该方法的可行性和优越性.     

多电飞机非相似余度作动系统的分布式故障估计

研究基于键合图模型的多电飞机非相似余度作动系统的分布式故障估计方法。 首先,采用键合图方法对多电飞机余度 作动系统进行建模。 由于该模型结构复杂,采用传统的基于全局模型的故障诊断方法计算效率不高,且扩展性较差。 为了解决 这些问题,通过模型分解方法对全局模型进行结构分解,得到若干个计算独立的局部子模型。 其次,基于局部子系统模型,推导 解析冗余关系进行分布式故障检测和隔离。 最后,提出基于模糊扩展卡尔曼滤波(FEKF)的分布式故障估计算法。 仿真结果验 证了分布式故障估计方法的有效性。     

Active fault‐tolerant control for switched systems with time delay

This paper focuses on the problem of active fault‐tolerant control for switched systems with time delay. By utilizing the fault diagnosis observer, an adaptive fault estimate algorithm is proposed, which can estimate the fault signal fast and exactly. Meanwhile, a delay‐dependent criterion is obtained with the purpose of reducing the conservatism of the adaptive observer design. Based on the fault estimation information, an observer‐based fault‐tolerant controller is designed to guarantee the stability of the closed‐loop system. In terms of linear matrix inequality, sufficient conditions are derived for the existence of the adaptive observer and fault‐tolerant controller. Finally, a numerical example is included to illustrate the efficiency of the proposed approach. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Fault estimation and tolerant control for discrete‐time switched systems with sojourn probabilities

This paper addresses the issue of fault estimation and accommodation for a discrete‐time switched system with actuator faults. Here, we assume that the sojourn probabilities are known a priori. By using the reduced‐order observer method, the sojourn probability approach, and the Lyapunov technique, a fault estimation algorithm is obtained for the considered system. The main objective of this work is to design a dynamic output feedback fault‐tolerant controller based on the obtained fault estimation information such that the closed‐loop discrete‐time switched system with available sojourn probabilities is robustly mean‐square stable and satisfies a prescribed mixed and passivity disturbance attenuation level in the presence of actuator faults. More precisely, a dynamic output feedback fault‐tolerant controller is established in terms of linear matrix inequalities. Finally, numerical examples are provided to illustrate the usefulness and effectiveness of the proposed design technique.     

基于键合图的飞跨电容型逆变器故障诊断研究

通过分析飞跨电容型逆变器的结构及特点,对逆变器的参数性故障进行诊断,并采用基于键合图模型的全局解析冗余关系法对参数性故障的检测和定位进行了研究。根据键合图理论建立了飞跨电容型逆变器的键合图模型,通过在键合图模型中加入观测信号和虚拟传感器的方法建立了系统的诊断键合图模型,从而得到系统的全局解析冗余关系。最后,利用20-sim仿真平台进行仿真分析,验证了基于键合图模型的全局解析冗余关系方法在参数性故障诊断方面的可行性。     

基于状态观测器的感应电机速度传感器故障诊断及容错控制

速度传感器是感应电机矢量控制系统的重要组成部分,当其出现故障时会严重影响系统的性能。设计感应电机矢量控制系统,并在此基础上实现了基于状态观测器的感应电机速度传感器故障诊断及速度传感器发生故障后的容错控制。在速度传感器正常时,状态观测器工作在故障诊断方式下;速度传感器发生故障后,该状态观测器工作在速度估计方式下,系统由原带速度传感器矢量控制方式平滑切换到无速度传感器矢量控制,从而实现速度传感器的容错控制。该设计的有效性在dSPACE实验平台上得到了验证。     

基于键合图理论的故障诊断方法及在锅炉给水泵上的应用

利用键合图模型知识表达方式，可创建系统设备之间的复杂因果推理关系，从而生成故障树，进行系统的故障诊断。文中以锅炉给水泵为对象，提出一种基于键合图理论的定性故障诊断方法。在介绍故障树和键合图基本理论后，提出利用键合图生成故障树的概念，然后通过给水泵系统的键合图模型，给出了基于倒置因果分析方法的给水泵故障树，并为因果树中元素分配了定性值，利用故障树边界层元素的定性值分析法，定位出引起给水泵初始故障集的故障源。此方法具有定性故障诊断的优点，通过给水泵动态特性的仿真结果验证了该方法的正确性。     

Robust actuator fault compensation accounting for uncertainty in the fault estimation

We propose a fault tolerant control scheme that compensates for actuator faults by adjusting the controller gain based on an estimate of the fault magnitude. The scheme consists of a plant in closed loop with an observer‐based feedback tracking controller, which is adapted to the fault situation diagnosed by a fault detection and isolation algorithm. We give conditions for correct fault detection and isolation and for robust closed‐loop stability accounting for possible errors in the fault estimation. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.