Instrument Fault Detection

The dedicated observer scheme (DOS) for detecting incipient instrument faults by functional redundancy is applied to a simulation of the lateral axis control system of a hydrofoil boat. Observer designs and detection logic are found for which 14 separate instrument faults are detected without false alarms. The scheme is shown to be robust with respect to variations in two significant physical parameters.     

Sensor/actuator fault diagnosis based on statistical analysis of innovation sequence and Robust Kalman Filtering

In this paper, an approach to detect and isolate the aircraft sensor/actuator faults affecting the mean of the Kalman filter innovation sequence is presented. The effects of the sensor and actuator faults in the innovation process of the channels are investigated, and a decision approach to isolate the sensor and actuator faults is proposed. When a Kalman filter is used, the decision statistics change regardless of whether the fault is in the sensors or in the actuators, whilst when a Robust Kalman Filter (RKF) is used, it is easy to distinguish the sensor and actuator faults. A novel feature of this diagnostic method is that the innovation sequence based fault isolation algorithm has been presented and hence, the sensor/actuator fault detection and isolation problem has been solved. The categories (or classes) of the likely faults are not demanded. The statistical characteristics of the system are not required to be known after the fault has occurred. In the simulations, the longitudinal dynamics of an aircraft control system are considered, and the detection and isolation of pitch rate gyro faults and actuator faults affecting the mean of the innovation sequence are examined.     

A Functionally Redundant Altimeter

A scheme to provide redundant sensor data in an automatic control system using the principle of functional redundancy is described. Normally there are three redundant radar altimeters used in the terminal phase of automatic landing of jet transport airplanes. This scheme replaces one of these altimeters with a data processing scheme based on a Kalman filter. The filter is driven by altitude rate and acceleration signals from the air data computer and vertical accelerometer. A special initialization technique employs the two altimeter signals. The feasibility of this scheme is indicated by tests in which data obtained from these several sensors during flight tests are used to drive the functionally redundant altimeter.     

A Simplified Instrument Failure Detection Scheme

A simplified version of the dedicated observer scheme for detecting incipient instrument failures in automatic systems is presented. This scheme requires only a single observer, driven by a single instrument. Simple logical combinations of estimated instrument outputs from the observer with the actual instrument outputs allow small faults in all the instruments to be detected. Tests on a simulation of a practical system indicate the scheme is robust with respect to a small uncertainty in a dynamic parameter of the controlled plant.     

基于干扰观测器的四旋翼无人机离散时间容错控制

为了飞行控制方案便于在计算机上实现，针对具有外部干扰和执行器加性故障的四旋翼无人机（UAV）角度运动方程，给出一种基于干扰观测器的离散时间跟踪控制方案。通过设计离散时间干扰观测器抑制外部干扰和执行器故障的不利影响，并结合干扰观测器设计离散时间控制器。通过数值仿真验证了基于干扰观测器的离散时间容错控制方案的有效性。仿真结果表明，设计的离散控制器能够保证外部干扰和执行器故障综合作用下的四旋翼UAV系统跟踪控制性能。     

基于自适应滑模观测器的航空发动机故障诊断

为解决现有航空发动机基于模型的在线故障诊断方法存在对模型精度要求高等的问题,利用滑模方法设计一种自适应滑模观测器对航空发动机进行在线故障重构、诊断与隔离。对传感器故障和执行机构故障分别设计了重构算法,针对两者重构故障的特点提出了判断逻辑,讨论了设计参数对于观测效果与抖振的影响。 Matlab/Simulink仿真结果显示,重构的故障与实际故障基本吻合,对故障的诊断、隔离、定位具有良好效果,并对环境不确定性具有优良的鲁棒性。     

THE ROBUST OBSERVER FOR FAULTDETECTION OF THE SENSOR

ＴＨＥＲＯＢＵＳＴＯＢＳＥＲＶＥＲＦＯＲＦＡＵＬＴＤＥＴＥＣＴＩＯＮＯＦＴＨＥＳＥＮＳＯＲＷａｎｇＳｈｅｎｇｙｕａｎ（Ｆａｃｕｌｔｙ３０１，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃ...     

检测传感器故障的鲁棒观测器

介绍一种在系统参数变化情况下进行故障检测的观测器。对观测器采用特征值、特征向量进行联合配置的算法 ,并对估计误差设计奇偶空间 ,使各传感器的故障在奇偶空间中被解耦分离 ,因而可用一个观测器检测与分离多路故障传感器 ,实现了故障检测的鲁棒性     

中值滤波方法在燃气涡轮传感器数据校正中的应用研究

分析了发动机测量信号滤波需求,设计了针对传感器数据校正的中值滤波器和快速算法,给出了模拟发动机故障和变工况试验情况下的传感器输出,给出了滤波比较研究结果。数值实验和实际应用于涡轮试验测量数据滤波的结果表明,中值滤波器对于脉冲噪声可以完全剔除,对随机噪声也具有较好的抑制效果,并能够较好保持信号中的陡峭边沿等趋势成份。      

基于UIO的航空发动机控制系统传感器故障诊断

研究了航空发动机控制系统传感器鲁棒故障检测与隔离问题,提出了一种克服不同干扰对控制系统诊断性能影响的方法.应用未知输入观测器(unknown input observer,简称UIO)理论来解耦航空发动机动态系统干扰,并针对控制系统传感器设计一族UIO,提取出一系列的传感器残差特征数据,通过分析残差队列的幅值特性,实现航空发动机控制系统传感器故障诊断.在高斯白噪声、模型工作点变化和非高斯噪声三类干扰下的数字仿真结果表明,不管何种干扰,UIO诊断方法均能检测和隔离出传感器故障,在诊断鲁棒性方面,要优于Kalman滤波器诊断算法.      

Observer-based control for the platform of a tethered space robot

This paper addresses the attitude control problem of a space tethered robot platform in the presence of unknown external disturbance caused by a connecting elastic tether. The tether-generated unknown disturbance leads to tremendous challenges for attitude control of the platform. In this work, the perturbed attitude dynamics of the platform are derived with a consideration of the libration of the elastic tether, and then with the purpose of compensating the unknown disturbance, major attention is dedicated to develop a nonlinear disturbance observer based on gyros measurements, after which, an adaptive attitude scheme is proposed by combining the disturbance observer with a sliding mode controller. Finally, benefits from the observer based on an adaptive controller are validated by series of numerical simulations.     

航空发动机双重传感器故障诊断逻辑研究

针对航空发动机控制系统的双重传感器故障,提出了一种采用双路容错设计的卡尔曼滤波器故障检测隔离系统.故障检测隔离系统由一系列卡尔曼滤波器组成,每个滤波器都假定2路传感器故障,而以故障支路外的测量值作为输入量.当双重传感器故障发生时,只有不包含故障传感器信息的滤波器保持较低的估计残差,其他滤波器都会产生较大的估计残差,如此双重传感器故障便可以被隔离.利用滤波器组估计残差的特征,进一步设计合理的运算逻辑,系统就可以同时对传感器单一故障进行检测和隔离.为了验证故障诊断系统的有效性,在发动机慢车状态分别对传感器发生双重故障和单一故障的情况进行仿真.仿真结果表明:故障诊断系统能够准确有效地对传感器双重故障和单一故障进行检测和隔离.      

基于惯性辅助的北斗接收机完好性监测方法研究

针对传统卫星导航接收机在卫星数小于5颗及卫星星座构型不佳的情况下无法实现卫星故障识别与隔离的问题,结合卫星导航接收机在弹上的实际应用情况,利用惯导的辅助数据设计了一种基于多级Kalman滤波的北斗接收机完好性监测方案,给出了卫星导航接收机的RAIM滤波器结构与故障检测和隔离方法,并对其可用性进行了推导.该方案经过仿真分...     

基于鲁棒故障观测器的非线性离散系统容错控制设计

针对存在执行器故障以及未知干扰的非线性离散系统,提出了一种鲁棒故障估计与容错控制方法。首先在未知系统干扰作用下,设计鲁棒故障观测器实现系统状态和执行器故障的同步估计;然后根据鲁棒故障观测器得到的系统状态估计和故障估计信息设计容错控制器,进行状态反馈容错控制,同时基于D稳定与H_∞控制理论对鲁棒故障观测器和容错控制器进行设计,实现了多约束条件下的故障估计与容错控制;最后用飞行控制系统模型验证了所提方法的有效性。     

基于自联想网络的发动机传感器解析余度技术

本文提出了一种基于自联想神经网络的传感器解析余度技术。在这种网络中,冗余传感器的信息被压缩、重组进入网络的第一部分,网络的第二部分将压缩信息恢复出来。基于数据融合原理,若一个传感器发生故障,其它传感器仍可提供足够的信息代替发生故障的传感器。理论分析和用于涡轴发动机的仿真结果表明,这种特殊结构的自联想网络具有良好的过滤噪声和故障信号的作用,特别适合于用作不易建模的复杂对象的传感器信号重构     

基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无电流传感器预测控制

针对永磁同步电机(PMSM)因过电压、过电流及误操作等容易造成电流传感器故障,影响PMSM的控制精度的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波的PMSM无电流传感器预测控制算法。对于PMSM,通常需要两个电流传感器来采集定子电流信息,所提方法通过扩展卡尔曼滤波估计定子电流代替电流传感器。通过基于扩展卡尔曼滤波的PMSM无电流传感器预测控制算法与常规有电流传感器在线变速和变载仿真对比得到,所提方法具有和有电流传感器相同的控制性能。参数鲁棒性仿真表明,所提方法具有较强的参数鲁棒性,能够满足实际控制需要。     

基于模糊奇偶方程的非线性系统传感器故障诊断

 给出了一种非线性系统传感器的故障诊断方法。该方法将T-S 模糊模型、全解耦奇偶方程和参数估计相结合,同时对非线性系统的多个传感器的故障进行检测、隔离与识别。设计出用于产生残差的线性系统全解耦奇偶方程,并给出了全解耦奇偶向量的存在条件,全解耦奇偶方程产生的残差仅对一个传感器故障敏感,而对系统状态、扰动输入和其它传感器输出解耦。引入T-S 模型将全解耦奇偶方程推广到非线性系统中得到了模糊奇偶方程。传感器的故障模型表示为刻度因子和偏差的形式,根据残差信息应用卡尔曼估计方法可识别出故障模型的参数。最后给出了某型号飞机控制系统传感器的故障诊断仿真实例。     

机载火警探测系统的改进研究

针对目前飞机货舱火警探测系统误报率高等问题,本文提出研究一种基于模糊信息融合理论的飞机货舱火警探测系统,同时利用温度传感器、一氧化碳传感器、红外烟雾传感器测试飞机货舱火警探测标的物,并将3种传感器所获得的温度、一氧化碳浓度、烟雾浓度参数信息进行模糊融合运算和决策处理,实现飞机货舱火警早期预报.验证结果表明,基于模糊信息...     

基于无位置传感器的永磁同步电机控制技术研究

永磁同步电机在应用中通常需要位置传感器,但是位置传感器的使用不仅增加了系统成本,而且增大了电机体积,限制了其应用场合,因此研究无位置传感器的电机控制技术具有重要意义。滑模观测器可以对永磁同步电机的转子位置和速度进行估算,但是传统的滑模观测器常采用含有符号函数的切换方式,在快速切换的同时容易产生抖振现象。为减小抖振并提高系统的稳定性,采用改进型滑模观测器对转子位置和速度进行估算,并将估算的速度和位置信息反馈给控制系统实现系统的闭环控制。最后通过半实物仿真平台对控制算法进行实时仿真,验证了方案的有效性和正确性。     

涡扇发动机传感器故障诊断的快速原型实时仿真

为快速高效地完成涡扇发动机传感器故障诊断算法的硬件在环仿真试验,构建了以NI CompactRIO为核心的传感器故障诊断系统的快速原型实时仿真平台.基于一簇卡尔曼滤波器,在LabVIEW编程环境中建立了传感器故障诊断系统.分别在涡扇发动机模型稳态和动态工作时完成了对单个传感器故障的检测、隔离和重构的硬件在环仿真试验并验证了算法精度.经过大量试验,结果表明:基于卡尔曼滤波器理论的诊断算法能在传感器故障情况下确保控制系统安全运行,诊断精度最高可达1.4%;同时表明,该快速原型实时仿真平台的设计是成功的.研究工作为发动机传感器故障诊断系统的半物理仿真试验奠定了基础.