一种基于BP神经网络的传感器故障诊断方案

针对传感器故障,提出了一种BP网络和修正的Bayes分类算法(MB)的集成故障诊断方法.用BP神经网络建立传感器故障模型,对系统的状态和故障参数进行在线估计,再用修正的Bayes算法进行传感器故障的在线检测、分离和估计.对连续搅拌釜式反应器(CSTR)的仿真结果表明,该集成故障诊断方法能够对传感器故障进行快速准确的分离和估计,并对传感器故障具有容错性.     

变体飞行器传感器故障在线主动容错控制

为保证变体飞行器在传感器故障情况下的稳定飞行性能和良好跟踪效果,提高故障诊断准确度和容错控制能力,针对变体飞行器传感器故障诊断与容错控制问题,提出一种基于考虑属性可靠度的置信规则库(BRB-r)专家系统在线主动容错控制方法。首先,给出变体飞行器的气动参数模型和纵向非线性动力学模型,综合考虑外界扰动和传感器故障,利用最小二乘拟合方法和雅克比线性化方法,建立变体飞行器的切换线性变参数(LPV)故障模型;然后,基于BRB-r专家系统构建变体飞行器传感器故障诊断与容错控制模型,通过统计方法对传感器监测指标进行可靠性分析,并引入证据推理(ER)解析算法,提高故障诊断精度和容错控制效果;最后,利用基于投影算子的协方差矩阵自适应优化策略(P-CMA-ES)算法优化故障诊断与容错控制模型,降低系统的复杂度,提高了故障诊断效率。仿真结果表明,变体飞行器传感器故障诊断精度能够达到98.75%,当传感器故障程度小于50%时,所提方法能够有效克服传感器故障和外界扰动,保证变体飞行器的稳定飞行,具有较强的容错控制能力和鲁棒性能。     

小卫星执行机构故障鲁棒容错姿态跟踪控制

针对小卫星在轨运行中存在干扰力矩与执行器故障姿态跟踪控制问题,提出一种反步自适应滑模变结构鲁棒容错控制方法.将反步控制和滑模变结构控制相结合,利用自适应算法估计执行器故障失效因子最小值、偏差型故障最大值和干扰值,在不进行故障检测和分离情况下,实现系统的容错控制和干扰抑制.基于Lyapunov方法从理论上证明系统的稳定性.将该方法用于小卫星的状态跟踪控制,仿真结果表明,控制器对部分失效和偏差型故障具有较强的容错能力和鲁棒性.     

基于在线补偿算法的卫星姿态控制系统容错控制

针对卫星姿态控制系统中传感器或执行机构发生故障的情况,提出一种基于在线核学习算法补偿的内模容错控制方法.该方法利用内模控制的性质以及在线学习算法的补偿能力,来实现卫星姿态控制系统的自适应容错控制.首先,提出了一种基于正交匹配追踪思想的在线核学习算法,其正交性增强了算法的稀疏性,匹配追踪思想确保了估计误差的有界性.其次,利用提出的在线学习算法来补偿原系统的逆模型,作为故障后系统的逆模型使用,并与原系统组成伪线性系统.最后,将此系统应用于卫星姿态控制系统的内模控制中,仿真结果证明该算法快速可靠,能够满足故障状况下的性能要求.     

基于故障在线估计的可重构机械臂分散容错控制

为了降低可重构机械臂模块关节执行器和传感器故障对其控制性能的影响,提出了一种基于故障在线估计的分散容错控制方法。基于可重构机械臂的模块化属性和Lyapunov稳定性理论,设计了分散自适应滑模观测器以实现执行器和传感器故障的在线自适应估计。同时采用神经网络对子系统非线性项进行逼近和补偿,并结合非奇异快速Terminal滑模思想实现了分散容错控制。最后,采用两种不同构形的三自由度可重构机械臂进行了仿真试验,结果表明,所设计的容错控制方法是有效的。     

基于Backstepping SISO不确定非线系统模糊自适应鲁棒容错控制

针对一类单输入单输出非线性系统提出了自适应模糊故障检测及将backstepping技术与模糊控制相结合设计容错控制器的方法。首先,应用模糊逻辑系统设计故障估计器,在线估计系统故障向量,实现故障检测：在此基础上,引入补偿控制器,消除故障对系统运行的影响,从而实现容错控制。通过理论分析证明了跟踪误差收敛到一个小的残差集内。仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于BP-RBF神经网络的永磁无刷电机控制研究

针对常规PID对永磁无刷电机这类非线性系统控制时参数难以整定、适应性差的问题,提出一种基于径向基函数神经网络在线识别与BP神经网络自适应控制相结合的控制方法,即BP-RBF神经网络自适应控制。该方法构造一个RBF网络对系统进行在线辨识,并把辨识信息传入BP网络,通过BP网络实时调节PID系数,从而完成对电机转速的自适应控制。基于Simulink仿真平台,分别将BP、BP-RBF和传统PID算法应用到永磁无刷电机的调速系统中,并对控制效果进行了仿真验证。结果表明,BP-RBF控制方法具有上升时间短、鲁棒性强、转速波动小的优点。     

基于多模型信息滤波器的故障容错目标跟踪

对具有传感器随机故障的多传感器系统,提出一种故障容错的目标跟踪算法。利用多模型方法建立传感器量测故障模型,将Unscented变换(UT)嵌入信息滤波器框架,建立多模型信息滤波器。通过多模型方法在线估计量测模型概率,利用概率加权组合分别得到传感器的信息贡献,通过多传感器融合提高目标跟踪精度和传感器故障识别概率。仿真结果表明,本文算法能有效提高目标跟踪精度。     

考虑传感器故障的柔性航天器自适应积分滑模主动容错控制

针对考虑传感器故障的柔性航天器姿态系统,提出了一种主动容错控制方法.首先,通过对测量输出进行滤波,将传感器故障转化为执行器故障形式;接着,设计一个基于未知输入观测器的自适应故障估计观测器,对未知故障进行辨识,同时,采用了一个故障检测观测器,对故障的发生进行检测;然后,利用故障估计信号对系统输出进行调节,结合自适应积分滑模和线性矩阵不等式技术设计输出反馈容错控制器;最后,对所设计的主动容错控制方法进行仿真,验证了所提方法的有效性.     

带有传感器故障的模糊时滞系统的容错控制

针对一类连续非线性时滞系统,在状态不完全可测的情况下,研究了带有传感器故障的容错控制问题。采用T-S模型对非线性系统进行模糊建模,通过构造广义系统设计了观测器,同时估计出系统的状态与故障,进一步利用平行分布补偿算法（PDC）设计基于观测器的模糊容错控制器,给出了保证该模糊容错控制系统稳定的充分条件。仿真例子进一步验证了所提出方法的有效性。     

基于增广P型学习观测器的航天器故障重构和自适应容错控制

针对航天器姿态控制系统常见的传感器故障问题,基于增广P型学习观测器技术研究了故障重构问题,并对故障系统进行了容错控制器的设计.首先,考虑同时存在传感器故障和未知干扰输入的航天器姿控系统状态空间模型,将故障等效考虑成与前一时刻故障估计值和当前时刻输出误差有关的两项,借助Lyapunov定理设计观测器,并采用LMI方法给出了观测器参数矩阵系统化设计方法.然后,设计积分滑模面,将得到的等效控制律代入系统状态空间模型后,设计包含自适应故障补偿控制项和线性输出反馈控制项的容错控制律.最后通过仿真实例验证了所设计观测器和容错控制器的有效性.     

考虑压电传感片故障的柔性机械臂振动容错控制

针对柔性机械臂结构振动控制中可能出现的压电器件故障问题,以提高系统可靠性和稳定性为主要研究目标,提出了一种集小波神经网络与取代控制技术相结合的容错控制方法. 首先设计了3种粘贴不同故障压电片的机械臂结构;然后采用小波包对各种故障压电片进行特征提取,通过径向基函数网络进行特征识别;再根据故障类型,选用硬件取代控制或基于一种新型非线性滑模观测器的软件取代控制;最后通过NI CRIO平台进行的容错控制实验结果表明,传感器件故障诊断的置信度达到0.9,前两阶振动模态的抑制效果达到10 dB以上.     

基于稳定性的状态反馈控制系统容错控制策略

针对状态反馈控制系统传感器失效故障模型,提出了基于系统稳定性设计的控制器重构新方法。它是在容错控制器的设计过程中,在故障系统的各内环稳定性分析的基础上,对失稳的内环进行稳定性补偿所得到的线性状态反馈容错应制策略。     

基于输出反馈控制系统的鲁棒容错控制设计

通过对参数不确定时滞系统的容错控制的研究,针对执行器和传感器的失效故障,利用Riccati方程和Lyapunov稳定性定理,提出一种基于带有时滞项输出反馈控制的鲁棒容错控制器设计方法,并给出各种故障模式下的容错控制条件。仿真结果表明,该方法具有良好的鲁棒容错控制效果。     

临近空间飞行器的自适应积分滑模容错控制

为提高临近空间飞行器的安全性和可靠性,针对飞行器中未知的执行器故障,提出了一种自适应积分滑模容错控制方法。设计积分滑模面,使滑动模态运动起始于系统的初始状态,进一步增强系统的鲁棒性。构造自适应滑模容错控制律,处理执行器故障的影响。在自适应律中定义一个非线性函数,利用积分滑模面的动态变化检测故障的发生,并激发自适应律实现控制增益的自动调整。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的渐近稳定性。仿真验证在临近空间飞行器的纵向动力学模型上进行,结果表明该方法具有期望的容错跟踪性能。     

Mine-Hoist Active Fault Tolerant Control System and Strategy

Based on fault diagnosis and fault tolerant technologies, the mine-hoist active fault-tolerant control system (MAFCS) is presented with corresponding strategies,, which includes the fault diagnosis module (FDM), the dynamic library (DL) and the fault-tolerant control module (FCM). When a fault is judged from some sensor by FDM, FCM reconfigure the state of MAFCS by calling the parameters from all sub libraries in DL, in order to ensure the reliability and safety of mine hoist. The simulating result shows that, MAFCS is of certain intelligence, which can adopt the corresponding control strategies according to different fault modes, even when there are quite difference between the real data and the prior fault modes.     

不确定时滞性性系统的鲁棒容错控制

容错控制就是使设计的控制系统能对可能发生的故障具有一定的容错能力。该问题直接关系到控制系统运行的可靠性和安全性。完整性是容错控制研究的一个重要方面,它是指系统中一个或多个部件发生故障时系统并不进行重构,而是利用余下的部件仍可使系统稳定并保持规定性能。由于参数扰动的广泛存在性以及执行器和传感器发生故障的不可避免性,使得研究具有参数不确定的时滞系统的鲁棒容错控制问题具有更重要的现实意义。针对传感器故障情况,采用带有滞后的状态反馈控制,首先考虑了线性时滞系统的容错控制问题,给出了线性时滞系统对传感器失效具有完整性的一个充分条件,进而考虑了具有参数扰动的线性时滞系统的鲁棒容错控制问题,给出了鲁棒容错控制时滞系统的设计方法和步骤,并用设计实例和仿真结果证实了这种方法的有效性。     

Fault diagnosis and fault-tolerant control of photovoltaic micro-inverter

An observer-based fault diagnosis method and a fault tolerant control for open-switch fault and current sensor fault are proposed for interleaved flyback converters of a micro-inverter system. First, based on the topology of a grid-connected micro-inverter, a mathematical model of the flyback converters is established. Second, a state observer is applied to estimate the currents online and generate corresponding residuals. The fault is diagnosed by comparing the residuals with the thresholds. Finally, a fault-tolerant control that consists of a fault-tolerant topology for the faulty switch and a simple software redundancy control for the faulty current sensor, is proposed to achieve a fault-tolerant operation. The feasibility and effectiveness of the proposed method has been verified by simulation and experimental results.