主动磁悬浮轴承的神经网络自适应稳定性控制

针对主动磁悬浮轴承本质非线性和开环不稳定的系统特征,设计了一种BP神经网络自适应PID控制器。该控制器采用改进的BP神经网络PID控制算法,通过BP神经网络的自学习和权值调整寻找最优的PID参数,克服了常规PID控制参数整定困难的缺陷,实现了系统的自适应控制。通过MATLAB/Simulink环境和S-Function模块建立了主动磁悬浮轴承控制系统模型,并进行了系统仿真实验,结果表明,BP神经网络自适应PID控制系统响应速度更快,具有更好的动态性能和稳态性能。     

非线性系统主动容错控制综述

以故障发生部位为分类视角,分别从传感器故障、执行器故障及其他部件故障3个方面,较为详细地对近5年非线性系统主动容错控制的研究进展情况进行了归纳和总结,重点讨论了执行器故障的容错控制问题,并对所存在的问题与未来的发展趋势进行了探讨。     

磁悬浮无轴承电机控制系统的研究

磁悬浮无轴承电机是集驱动与自悬浮功能于一体的新型电机。与传统的磁悬浮电机相比,不需要配备占有相当轴向空间的径向磁悬浮轴承,因而其体积和重量大为减少,而临界转速大幅度提高,可突破大功率和微型化应用领域的限制。介绍了磁悬浮无轴承电机悬浮控制的基本原理,设计出了两种不同磁场定向的悬浮控制系统的数学模型。     

基于多模型切换的智能主动容错控制方法研究

针对某些具有可能故障先验知识的非线性系统,采用主动容错控制方法,基于神经网络对系统正常及各种先验故障情形建模,并采用基于神经网络的PID控制方法离线整定出各种故障模式下的控制律,由此建立模型库;在系统实时运行时,依据系统性能容忍度指标和模型失配度指标的计算分析,判断系统所处运行模式,切换与该模式匹配的控制律,从而达到系统主动容错控制的目的.最后将所提出的主动容错控制方法应用于某一非线性系统和线性系统,仿真结果表明了方法的有效性.     

基于双DSP的磁轴承数字控制器容错设计

分析并提出了应用于磁轴承的双DSP热备容错控制方案,本方案采用时钟同步技术,由总线表决模块实现系统的容错处理,由硬件判决模块实现硬件故障判断。再根据以上两个判决模块的结果由中心仲裁模块进行复杂的仲裁,并完成切换和完善的报警逻辑,从而实现容错功能,较大地提高了磁轴承控制系统的可靠性。以上所有逻辑均由VHDL语言在CPLD上实现。     

风力机的线性变参数主动容错控制

针对风力机具有非线性和参数的不确定性的特征,提出了基于线性变参数(linear parameter varying,LPV)增益调度的风力机主动容错控制方法,降低故障对机组动态特性的影响.基于LPV凸分解方法,将风力机的非线性模型转化为具有凸多面体结构LPV模型,利用线性矩阵不等式(linear matrix inequalities,LMIs)技术对凸多面体各个顶点分别设计满足性能要求的控制器,再利用各顶点设计的反馈控制器得到具有凸多面体结构LPV容错控制器.仿真结果表明,LPV增益调度技术可以成功地应用于风力机系统的容错控制.     

基于迭代学习观测器的航天器姿态主动容错控制

针对含有外部扰动和执行器故障的一类航天器姿态控制系统,本文提出基于迭代学习观测器的主动容错控制方案.首先,建立了含有外部扰动和执行器故障的航天器姿态控制系统的运动学和动力学模型.其次,为了提高观测器的故障估计精度,在传统迭代学习观测器设计基础上引入上一时刻状态估计误差信息,文章提出一种改进型学习估计算法.进一步,基于滑模控制和指定时间稳定理论,利用学习观测器的故障估计信息设计指定时间主动容错控制器.与现有的航天器主动容错控制方案相比,本文所提出的算法的优势在于可以使故障系统的姿态能在指定时间跟踪上指令信号.基于Lyapunov方法,本文从理论上证明了改进型学习观测器和姿态容错控制系统的稳定性.最后,通过数值仿真,说明了所提容错控制方案的有效性和可行性.     

具有数据包丢失的网络控制系统主动容错控制

在保证稳定性的前提下,研究具有数据包丢失的网络控制系统主动容错控制问题.基于一类包含马尔可夫丢包过程的网络控制系统模型,考虑了执行器可能失效的情况.利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,获得了系统的保性能被动容错控制器.从控制性能的角度考虑,针对不同的执行器失效模式,得到了丢包网络环境下系统的主动客错控制器的设计方法.数值示例表明,该控制器设计方法是有效的.     

风能转换系统执行器故障主动容错控制

提出了一种新颖的风能转换系统滑模主动容错控制策略.针对风能转换系统执行器故障,运用预测控制思想和迭代算法,设计了一种故障观测器.在设定的优化时域长度内,利用实际系统与故障观测器的输出差值,通过反复迭代运算,不断地对虚拟故障信号进行调整,使其能有效地拟合实际系统执行器故障,并根据故障观测值实时调整滑模容错控制器结构.未发生故障时,故障观测值为零,系统在滑模控制器控制下稳定运行;执行器发生故障时,运用故障观测值实时调整滑模容错控制项,并用双曲正切函数代替符号函数,消除抖动.仿真实验结果表明,滑模容错控制器下的系统具有良好的容错能力,提高了风能转换系统最大风能捕获效率.     

非线性动态系统的容错控制

首先概要介绍了非线性动态系统容错控制技术的发展现状;然后分类介绍了几种非线性系统的容错控制技术,重点分析了基于人工智能和参数估计的主动容错控制方法和基于Hamilton-Jacobi方程的非线性被动容错控制设计方法。对于其它的方法,则简要讨论了它们的适用范围和优缺点;并探讨了该领域的难点问题和可能的研究方向。     

航天器时延自适应变结构容错控制

针对航天器存在未知惯量参数以及干扰与执行机构失效的姿态机动问题,提出一种将自适应变结构控制与时延技术相结合的鲁棒容错控制方法.该方法在继承变结构控制优点的同时,提高了控制律对参数和干扰变化的自适应能力;利用时延技术的逼近能力补偿执行机构的故障,使得控制器对执行机构的失效具有很强的容错能力,并且执行机构故障信息不需进行在线检测和分离.仿真结果表明,在完成姿态调节控制的同时,所提出的方法具有良好的过渡过程品质.     

基于PI 观测器的奇异摄动系统故障诊断和最优容错控制

针对线性奇异摄动系统, 提出一种基于PI (proportional integral) 观测器的故障诊断和最优容错控制方法. 基于奇异摄动系统相关理论和矩阵变换技术, 给出PI 全维观测器存在的条件, 该观测器可以观测系统的快慢状态和故障系统的状态. 在估测到系统状态的基础上进一步考虑最优性, 应用最优控制理论, 设计状态反馈控制器, 提出基于PI 观测器的故障诊断器和最优容错控制器的设计方法. 最后的数值算例验证了所提出方法的可行性和正确性.

     

存在飞轮安装偏差与故障的卫星姿态容错控制

基于滑模控制理论提出一种刚体卫星姿态稳定控制方法,实现对反作用飞轮部分失效故障的容错控制,以及对其安装偏差的补偿控制,并从理论上证明了所设计的控制器在有限时间内能够实现对闭环姿态控制系统的几乎全局渐近稳定控制.最后将所设计的控制器应用于某型卫星姿态稳定任务,仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

基于自抗扰技术的网络化无刷直流电机控制系统时延补偿

采用自抗扰控制技术解决网络化无刷直流电机转速控制系统的时延补偿问题. 首先, 建立含有时变网络诱导时延的无刷直流电机控制系统模型, 并将时变时延引起的不确定动态描述为系统模型的不确定性; 然后, 设计自抗扰控制器, 对时延引起的不确定动态进行动态线性化补偿, 从而消除时变时延对系统性能的影响; 最后, 通过仿真研究表明了所设计的自抗扰补偿方法的有效性和优越性.

     

基于观测器的离散时滞系统的故障诊断

研究含有测量时滞的线性离散系统的故障诊断问题,提出一种测量时滞的无时滞转换方法和基于降维状态观测器而不利用残差体现故障的故障诊断方法.首先通过构造一个含有故障状态的增广系统和进行测量时滞的无时滞转换,将时滞系统的故障诊断问题转化为无时滞增广系统的状态观测问题;然后给出了其诊断误差能按预先指定的指数速率趋于零的故障诊断器的设计方法.仿真算例验证了该方法的可行性和有效性.     

Fault-tolerant control of three-pole active magnetic bearing

Active magnetic bearings have many advantages over conventional bearings due to contactless operation and adjustable force dynamics. However, one of the obstacles associated with these bearings is failure modes, which may result in destructive rotor dynamic behaviour. One of the important failure modes is electric power outage which may be due to failure of power amplifier, coil or electric wiring. In the present work, a fault tolerant controller has been designed for three-pole magnetic bearings to provide unaltered performance in the event of fault occurrence. The controller has been designed by incorporating the nonlinear fuzzy logic control. The present design of fuzzy logic controller is done by reducing the number of rules of its rule base. Simulations have been carried out to test the performance of the controller for different failure conditions. The designed controller is able to stabilize the rotor for large deviations from the origin even in the presence of failure. The controller is found to be robust as it provides satisfactory operation in the presence of uncertainties.     

独轮机器人的建模与自抗扰控制算法

独轮机器人前后平衡由一车轮保持并驱动其前后运动, 侧向平衡则由一基于空气阻力的风轮保持, 以此结构为被控对象建立该系统动力学模型. 以一种非线性的控制方法—–自抗扰控制方法控制其平衡运动, 在系统的纵向和侧向上分别设计一个自抗扰控制器, 系统的内扰和外扰被视为自抗扰控制器的总扰动. 以PID 控制方法作对比实验, 仿真结果表明了自抗扰控制算法的强鲁棒性和有效性.

     

Nonlinear control of a 3-pole active magnetic bearing system

Cost-down is one of the major challenges for active magnetic bearing (AMB) systems in industry today. An AMB system with three magnetic poles is proposed and studied in this work. Compared to the popular 8-pole AMB, the 3-pole system requires fewer power amplifiers, which can reduce the overall cost. The primary problem in the 3-pole AMB is the strong coupling in the magnetic flux between magnetic poles. Consequently, the system is strongly nonlinear not only in states but also in control inputs. In particular, the input currents enter the system model in a quadratic form. The feedback linearization problem for this non-affine nonlinear system is solved. Then, the integral sliding mode control method is incorporated to yield a robust nonlinear controller for the 3-pole AMB system. It is found through simulations and experiments that the proposed controller can achieve stability and high steady-state accuracy even under the influence of large uncertainties.     

Fault tolerant control using sliding modes with on-line control allocation

This paper proposes an on-line sliding mode control allocation scheme for fault tolerant control. The effectiveness level of the actuators is used by the control allocation scheme to redistribute the control signals to the remaining actuators when a fault or failure occurs. The paper provides an analysis of the sliding mode control allocation scheme and determines the nonlinear gain required to maintain sliding. The on-line sliding mode control allocation scheme shows that faults and even certain total actuator failures can be handled directly without reconfiguring the controller. The simulation results show good performance when tested on different fault and failure scenarios.     

Fault tolerant control for a dearomatisation process

In this paper, a fault tolerant control (FTC) for a dearomatisation process in the presence of faults in online product quality analysers is presented. The FTC consists of a fault detection system (FDI) and a logic for triggering predefined FTC actions. FDI is achieved by combining several process data driven approaches for detecting faults in online quality analysers. The FTC exploits the diagnostic information in adapting a quality controller (MPC) to the faulty situation by manipulating tuning parameters of the MPC to produce both proactive and reactive strategies. The proposed FTC was implemented, tested offline and validated onsite at the Naantali oil refinery. The successful testing and plant validation results are presented and discussed.