带马尔可夫参数容错控制系统的可靠性分析

带马尔可夫参数的容错控制系统(FTCSMP,Fault Tolerant Control System with Markovian Parameters)作为一种描述主动容错控制系统(AFTCS,Active Fault Tolerant Control System)的模型,在一些文献中被用于系统稳定性分析.然而很少有文章研究FTCSMP的可靠性问题.以故障检测与隔离(FDI,Fault Detection and Isolation)装置监视下的冗余传感器组为研究对象,建立了其FTCSMP模型,进而研究该传感器/FDI装置的可靠性.在该模型中,用2个定义在不同状态空间中的齐次马尔可夫随机过程分别表示系统元件的故障过程和FDI装置的决策过程.基于马尔可夫理论,研究了传感器/FDI装置的可靠性和安全性.当FTCSMP中的系统故障过程和FDI过程为生灭过程时,将故障检测延迟时间分为"有效"和"无效"2种类型,分析了这2种延时对传感器/FDI装置可靠性、安全性的影响.以双余度惯导系统为例,给出了仿真例子.      

卫星姿态容错控制系统的鲁棒自适应逆最优控制

针对卫星姿态控制系统中的执行机构和敏感器故障问题,将系统不确定性参数作为在线估计自适应参数,并考虑系统故障检测与诊断结果的不确定性,基于逆最优原理采用积分反推方法求解辅助系统的自适应控制Lyapunov函数,设计了能够确保原系统鲁棒稳定的自适应逆最优控制器并给出了详细的证明。最后进行了数学仿真,仿真结果表明文中设计的容错控制方法合理有效。     

不可靠测试条件下基于NSGA-Ⅱ的多目标测试优化选择

针对测试不可靠因素严重影响测试优化选择结果以及现有方法不能很好解决多目标测试优化选择等问题，提出基于第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的多目标测试优化选择的方法。首先，描述了测试不可靠条件下多目标优化选择问题的数学模型；其次，在该数学模型下，将系统给出的故障检测率和隔离率作为约束条件，将测试代价、漏检率和虚警率作为优化目标，建立了多目标优化问题；然后，提出带有精英保留策略的NSGA-Ⅱ对多目标问题进行优化选择，利用NSGA-Ⅱ能够得到一组Pareto最优解，可根据实际需求选择最优的测试组合；最后，针对某装备进行实例分析，得到3组最优解，可以满足不同需求下的最优选择，验证了所提数学模型与多目标优化算法的可行性与有效性。      

飞行器网络控制系统故障检测与时域优化

针对存在马尔可夫短时延和丢包的网络环境,研究了飞行器网络控制系统的故障检测系统设计与优化问题.将含有上述问题的网络化控制系统建模为离散的马尔可夫跳变系统.在此基础上,基于观测器构建残差生成器,将故障检测问题转换成H_∞滤波问题,以LMI（Linear Matrix Inequality）的形式得到并证明了故障检测滤波器存在的充分条件和求解方法.为进一步改善检测性能,提高检测系统对故障信号的灵敏度,采用一种时域优化方法对残差评估函数进行优化处理,并给出了该优化问题最优解的求解方法.数值仿真说明了所提方法的有效性.      

飞行器网络控制系统的多指标鲁棒故障检测

针对存在马尔可夫短时延且状态转移概率部分已知的网络环境,研究了飞行器网络控制系统的多指标鲁棒故障检测问题.传统马尔可夫跳变系统的故障检测方法是将故障、外部输入和未知扰动作为广义输入,采用一个H∞性能指标来进行故障检测滤波器的设计.由于该指标不具有明确的物理意义,为此需要研究多指标鲁棒故障检测滤波器的设计方法.通过将网络诱导时延描述为一个有限状态马尔可夫链,飞行器网络控制系统被建模为离散有限马尔可夫跳变系统.同时考虑残差对故障的敏感性和对未知扰动及外部输入的鲁棒性,以线性矩阵不等式的形式给出了多指标故障检测滤波器的存在条件和求解方法.最后通过数值算例验证了所提方法的有效性和优越性.     

基于混和寻优算法的时域低阶等效系统方法

现代高增稳飞机的阶次高达几十阶,需要将其降阶为具有特定形式的低阶等效系统才能与已有的飞行品质规范相比较,从而评价其飞行品质并改进飞控系统的设计.相对于频域等效系统方法,时域低阶等效系统方法可以在线采集系统的输入及输出数据,充分考虑各种非线性因素的影响,在飞机飞行品质评价时,对等效系统相关参数进行在线估计,具有较强的实用价值.针对时域等效拟配提出了一种混和寻优算法,即模式搜索-模拟退火法,该算法较好地克服了局部寻优和全局寻优的缺点,并在寻优过程中加入了对参数范围的限制,寻优结果可以快速收敛于全局最优解,并且不受初值变化的影响,对飞机飞行品质的在线评价具有重要意义.      

基于测试性D矩阵的多故障诊断与维修策略

针对复杂的多故障诊断问题以及多故障直接处理方法实现的难点,在测试性D矩阵基础上,提出了一种基于单故障化的多故障诊断与维修策略（MFDMSTS）。首先,在多故障假设下引入析取运算,定义了可隔离单故障和可隔离多故障,据此定义将多故障转化为单故障,并将转化的单故障与测试集组成新的D矩阵;然后,运用单故障诊断算法处理新的D矩阵,得到最优诊断树;最后,针对诊断树的不同叶子节点,提出了多故障诊断与维修策略。实例验算表明：MFDMSTS能降低平均诊断费用和平均诊断步数,并大幅降低误修率。     

基于降维观测器的最优故障诊断算法研究

为降低诊断算法的计算量,优化算法参数,设计了一种基于降维观测器的最优故障诊断算法。首先,利用正交原理,将故障状态与系统状态进行解耦,从而构造了用于故障估计且无需进行矩阵分块运算的降维观测器。其次,基于对偶原理,将诊断算法的增益优化问题转化为诊断误差方程对偶系统的最优控制律设计问题,从而实现了对故障的最小方差估计。然后,利用诊断结果设计了基于故障补偿思想的容错控制律,以此实现了系统与故障的隔离。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性。结果表明,对于二阶系统,该诊断算法可在7s内快速收敛到故障真实值。     

基于键合图模型的SHA/EMA余度系统的故障诊断

针对液压伺服作动器（SHA）和机电作动器（EMA）组合的余度系统中故障模式复杂的问题,采用基于键合图模型的故障诊断方法,可以诊断出系统中多种参数故障。首先建立SHA/EMA余度系统的行为模型,然后根据因果关系倒置法转换成诊断键合图模型,进而推导出计算残差的解析冗余关系式（ARR）,并创建故障特征矩阵（FSM）作为故障隔离的依据。联立行为模型和诊断模型对可隔离故障进行诊断,并通过ARR估计故障参数以诊断不可隔离故障。选取典型故障进行仿真验证,结果表明可隔离故障和不可隔离故障均被成功隔离,验证了所提方法对SHA/EMA余度系统的故障诊断是有效可行的。      

最优故障检测滤波器设计

针对执行机构故障研究检测滤波器对噪声的鲁棒性问题。首先利用特征结构配置方法研究多故障情况下检测滤波器的设计问题,并给出其增益矩阵的基本结构,然后针对过程噪声和测量噪声研究最优故障检测滤波器的设计问题,提出求解最优增益矩阵的一种算法,最后采用某型号飞机方程进行仿真验证。仿真结果表明,最优故障检测滤波器可以有效的抑制噪声对系统的影响。     

不确定非线性主动容错控制系统模糊控制设计

考虑到实际主动容错控制系统中故障以及故障检测与隔离(FDI,Fault Detection and Isolation)决策出现的随机性,随机故障与FDI决策行为分别用两个Markov过程描述,用T-S(Takagi-Sugeno)模糊模型表达不确定非线性主动容错控制系统,并基于并行分布补偿(PDC,Parallel Distributed Compensation)方案,给出了能够保证闭环模糊系统鲁棒随机稳定的模糊控制器设计方法.鲁棒容错模糊控制器的存在条件由一组线性矩阵不等式(LMI,Linear Matrix Inequality)给出,从而方便地利用优化技术求解,随后倒车控制系统的仿真结果验证了所建议方法的有效性.      

基于模型诊断技术的神经网络实现方法

针对基于模型的故障诊断流程中故障检测和故障识别两个关键问题,提出了一种基于神经网络的实现方法.首先利用BP神经网络进行参数估计,并结合系统模型进行故障检测;然后采用ART2神经网络进行数据聚类,并基于聚类结果进行系统故障识别;最后,设计实现了基于BP/ART2神经网络的故障诊断系统.基于BP神经网络的参数估计方法可以准确地估计诊断对象在不同状态下的参数,为故障检测提供有效依据;基于ART2神经网络的数据聚类不仅可以识别对象的已知故障类型,还可以识别出未知故障,对先验信息较少的系统进行故障识别更具有效性.通过永磁直流电机故障诊断案例的应用,证明方法能具有一定的工程实用性.     

带马尔科夫参数时滞容错控制系统稳定性分析

在主动容错控制系统 (AFTCS, Active Fault Tolerant Control System)中,故障检测与隔离(FDI,Fault Detection and Isolation)装置是核心部分,对系统故障诊断过程建模并研究其对整个系统的影响是十分重要的内容.考虑控制系统传感器到控制器之间由网络传输造成的常时滞,用两个马尔科夫随机过程分别描述系统的故障过程和故障诊断过程,建立多马尔科夫参数的系统模型;进而研究故障诊断装置对系统稳定性的影响,基于矩阵直积的方法,给出了不依赖延时的系统均方随机稳定的充分条件,为故障诊断方法的选择和评估提供了依据;最后给出了计算实例,根据稳定性条件,得出了在保持系统稳定的前提下,时滞、误检率和漏检率应满足的条件.      

综合导航系统中的多级故障检测与隔离技术研究

文章讨论了综合导航系统中的故障检测与隔离问题, 提出了子系统机内自检测(BIT)、直接合理性检测、子系统输出相关性检测、卡尔曼滤波量测检测和间接合理性检测的五级综合故障检测算法。此算法简捷有效, 计算量小, 已成功地应用到了综合导航系统中, 有效提高了综合导航系统的可靠性。     

基于键合图模型的传感器布局方法

为研究传感器布局对于故障诊断性能的影响,使用键合图方法对系统建模。通过在键合图模型中设置虚拟传感器模拟测点,利用键合图的结构信息和因果关系约束推导出一组解析冗余关系式,即系统残差,通过分析残差、故障及传感器配置的关系,提出了一种基于满足故障检测性和隔离性要求的传感器布局方法,在最大限度满足系统诊断性能前提下选择数量最少的传感器配置方案。最后,以同步发电机为例建立键合图传感器布局模型,通过残差推导其结构故障特征矩阵以及传感器特征矩阵,并对所提出的传感器优化布局方法进行验证,得出在参数性故障检测和隔离性能最高前提下的传感器配置方案。