多模型直接自适应执行器故障补偿控制系统

为了更快更好地补偿执行器故障带来的不确定性,发展了一种新的多模型自适应执行器故障补偿控制系统设计方法。首先,分析所有可能的执行器故障模式,得到故障模式集。再针对每一种故障模式,分别进行控制器设计,控制器设计时采用直接模型参考自适应执行器故障补偿控制方法进行设计。然后根据参数估计误差分别计算每种故障模式下系统的性能损失函数,选择性能损失最小的子系统对应的控制器作为当前的全局控制器。最后以飞行控制系统为例进行了仿真,仿真结果表明,所设计的多模型直接自适应执行器故障补偿系统闭环稳定,且有良好的跟踪性能。     

基于多观测器的一类过驱动系统主动容错控制设计

以四旋翼直升机姿态控制系统为对象,针对一类过驱动系统,由控制分布阵列不满秩而引起的执行器故障诊断难的问题,本文采用了一种新颖的多观测器故障诊断方法对执行器故障进行检测和估计,进而设计一种具有故障补偿并且满足H∞性能的动态输出反馈跟踪控制器。该方法不仅能够快速的检测和估计出单通道执行器故障,而且能够有效的补偿故障对系统稳定性的不利影响,保证系统在单通道执行器故障下具有一定的姿态跟踪能力。相对于状态反馈控制器,所提算法有效的避免了模拟状态量而带来的误差,一定程度上提高了系统的控制精度和可实现性。最后通过Quanser3-DOF Hover半物理仿真平台验证所提算法的可行性和有效性。     

基于区域极点配置的不确定线性系统可靠跟踪控制

针对一类不确定性不满足匹配条件的不确定线性系统．提出了考虑执行器故障的可靠跟踪控制器的设计方法。在更一般、更实际的执行器故障模型的基础上,根据区域极点配置理论．给出了系统输出信号渐近跟踪参考输入信号的可靠跟踪控制器存在的充分条件。通过求解线性矩阵不等式(LMI)完成状态反馈可靠控制器的设计．从而使系统的输出信号不仅能稳定地跟踪参考输入信号．而且能满足要求的动态特性。最后,利用仿真实例验证了本文设计方法的可行性。     

考虑瞬态特性的无人机自适应容错控制设计

针对固定翼无人机纵向轨迹跟踪控制问题，基于反馈线性化和模型跟随控制设计基础控制器，实现无故障情况下闭环系统的稳定和轨迹渐近跟踪控制。考虑固定翼无人机的执行器可能发生不同类型及大小的故障，分别针对各种不同故障模式设计与之对应的补偿控制器。为综合解决执行器故障的多重不确定性问题，采用加权融合与自适应控制相结合的方式设计综合控制器结构，并对与故障相关的控制器参数进行估计。最后，通过在基础控制器设计中添加H∞补偿项，以抑制故障补偿控制器参数估计误差对闭环系统输出跟踪性能造成的不利影响。理论分析和仿真结果表明，所提出的控制方案不仅能保证闭环系统的稳定性，而且在发生不确定执行器故障的情况下，固定翼无人机姿态控制系统输出能渐近跟踪给定的参考模型输出，通过设计适当的H∞补偿器参数可以改善故障补偿控制过程中的瞬态性能。     

具有时变时滞不确定切换系统的鲁棒H∞可靠控制

为了克服时变时滞效应对切换系统的不良影响,并使系统具有一定的抗干扰性和可靠性,针对一类执行器故障的时变时滞不确定切换系统,研究了鲁棒H∞可靠控制器的设计问题。首先给出了该类系统的鲁棒可靠控制器,γ-次优鲁棒H∞可靠控制器及γ-最优鲁棒H∞可靠控制器的概念;然后建立了切换系统的执行器故障模型,运用多Lyapunov-Krasovskii泛函方法和线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)技术,给出了执行器故障情况下的鲁棒H∞可靠控制器的设计方法,所得到的关于优化问题中的矩阵不等式不是一组线性矩阵不等式,通过变量替换的方法求得了控制器的增益阵,并且提供了最优扰动抑制性能的迭代求解步骤;最后通过仿真实例验证了设计方法的有效性。结果表明在系统具有不确定参数和执行器故障的情况下,所设计的控制器能够镇定原系统,并使得系统具有H∞扰动抑制性能。     

基于自适应逆最优控制的卫星容错控制

针对卫星在轨飞行过程中存在的一类执行机构故障,提出一种基于自适应逆最优控制原理的卫星姿态容错控制设计方法。考虑卫星执行机构出现故障的情况,将系统的不确定性参数作为估计的自适应参数,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。同时基于Lyapunov方法,从理论上推导了所设计出的控制律的稳定性,并通过仿真进行了控制算法验证。仿真结果表明,所设计的基于自适应逆最优控制的卫星容错控制方法能够保证执行机构出现故障时姿态控制系统稳定。     

一种新的抗饱和控制器研究与设计

首先忽略执行器的饱和,设计了能够满足系统性能要求的线性控制,然后设计了饱和补偿器降低饱和的影响,线性控制器使系统有较小的阻尼率以提高响应的快速性;当输出达到设定值时,非线性控制器使系统有较大阻尼率以降低超调量。线性控制器与非线性控制器合成总控制器,结合PID技术,能够实现高精度艰踪控制。本方法设计的控制器应用于伺服跟踪系统,仿真结果表明该方法是有效的。     

具有随机传输时滞的网络化控制系统故障检测

针对具有干扰的网络化控制系统提出了一种鲁棒故障检测方法。考虑网络化控制系统中,被控对象的传感器和执行器之间的信息传输是通过一个共享传输媒介与控制器连接实现,传感器-控制器,控制器-执行器之间的时滞由两个独立的马氏随机过程分别描述。通过对被控系统状态和故障检测滤波器的适当扩维,鲁棒故障检测滤波器以一组线性矩阵不等式(LMIs)的形式给出设计方法。残差基于控制器和故障检测滤波器获得的数据生成,在无故障发生时,其输出趋于零,故障发生后,跟踪故障信息。最后给出一个例子说明了所提方法的有效性。     

有界丢包情况下网络化控制系统的可靠保成本控制

针对任意丢包和马尔可夫丢包两种有界丢包情况,考虑了系统元件发生故障时网络化控制系统可靠保成本控制问题。提出了一种新的把传感器与执行器同时发生故障的情况考虑在内的故障描述方法,利用丢包依赖的李亚普诺夫方法,得到了可靠控制器存在的充分条件,通过求解具有线性不等式约束的凸优化问题,得到最优可靠控制器增益的参数表达式,它使得系统在有界丢包与元件故障情况下保持渐近稳定,同时使系统性能指标达到最优。数值仿真验证了方法的有效性。     

干扰和执行器故障下的舰载机着舰容错控制系统

本文提出了一种执行器故障的舰载机着舰容错控制系统,该系统可有效抑制着陆过程中的外界干扰和执行器故障带来的不利影响。首先,利用基于最小二乘的自回归模型对甲板运动进行预测,以获得在波浪干扰下的准确落点;其次,设计了下滑路径导引律,利用该导引律生成飞行航迹角;此外,设计了基于干扰观测器的快速终端积分滑模控制器,利用低通滤波器实现了控制器串联设计;最后,通过李雅普诺夫函数证明了该容错控制方法的跟踪误差一致有上界。将本文方法与比例-积分-微分控制器进行了对比数值仿真,验证了该算法的可行性。     

Sliding Mode Fault Tolerant Attitude Control Scheme for Spacecraft with Actuator Faults

An active fault tolerant control scheme is investigated for the attitude control systems of spacecraft with external disturbance and actuator faults by using the sliding mode technique. Firstly,the dynamic equations and kinematic equations of spacecraft are given. For the dynamic mode of spacecraft in faulty case,a fault diagnosis component is used for fault detection and estimation by using a nonlinear observer. According to the fault estimation information obtained during the fault diagnosis,the fault tolerant control scheme is developed by adopting the backstepping sliding mode control technique. Meanwhile,the Lyapunov theory is used to analyze the stability of the closed-loop attitude systems. Finally,simulation results for the attitude dynamics models show the feasibility of the proposed fault tolerant scheme.     

控制输入约束下非线性系统输出反馈容错控制

针对一类非线性系统的执行器增益故障,在考虑控制输入幅值约束下,研究了故障系统的主动容错控制策略。利用静态输出反馈控制策略,基于Lyapunov理论和线性矩阵不等式技术给出了重构容错控制器的递推设计方法,确保故障闭环系统在满足给定控制输入幅值约束下的鲁棒稳定性,并具有与无故障正常系统接近的其他优化控制性能。仿真算例表明了本文容错设计策略的有效性。     

故障大系统的鲁棒容错控制方法

本文提出了对执行机构故障具有完整性的大系统分散鲁棒控制器设计方法。根据执行机构故障对系统的影响,建立了系统的故障模型。研究了故障大系统对执行机构故障的容错能力,导出了与故障大系统容错能力相关的不等式,表明增加大系统的鲁棒性指数,可以改善故障大系统的鲁棒性和容错能力。从而,按照系统的要求,选择适当的鲁棒性指数,利用高斯方法,可方便地设计出动态大系统的分散鲁棒容错控制器。     

基于混合变参数的执行机构故障容错控制

提出了一种新的故障建模方法,把包含执行机构损伤、完全失效和卡死的故障系统统一表示为具有凸多面体结构的变参数系统。然后,通过二次可分原理,求解只包含关于凸多面体各顶点的有限个线性矩阵不等式,给出了容错控制器存在的充分条件。最后,利用各顶点控制器参数综合获得具有凸多面体结构的线性变参数控制器。仿真结果表明:当执行机构正常或发生故障时,系统均具有较好的控制效果和动态性能。     

基于T-S模糊模型和迭代学习观测器的飞行系统故障容错控制

针对执行器失效的一类飞行控制系统,提出基于迭代学习观测器的模糊容错控制律,利用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型对非线性系统进行描述、建模和控制.一旦系统发生故障,迭代学习观测器在估计系统状态的同时估计执行器的卡死值,然后利用估计的状态和故障信息构成反馈模糊控制律进行调节,以实现故障系统对参考系统的状态跟踪.给出了系统能进行容错控制的参数匹配条件,并利用Lyapunov理论详细分析了系统的稳定性以及闭环系统信号的有界性,某歼击机的仿真实例证明了本文方法的有效性.     

基于迭代学习观测器的容错控制

提出了一种基于迭代学习观测器(ILO)将故障检测和容错控制进行统一设计的方法。迭代学习观测器不仅可以用于进行状态估计和故障检测,而且可以用于获得控制输入调节项并进行故障估计。设计重构控制律的基本思想是利用估计状态和控制输入调节项来补偿故障引起的影响。文中还给出了特定假设条件下闭环重构控制系统稳定性的严格证明。理论分析和仿真研究表明,所提的方法是有效的并可保证闭环系统具有良好的重构性能．     

定量反馈理论在鲁棒与容错飞行控制系统中的应用

定量反馈理论（Quantitative feedback theory,QFT）作为一种新颖的频率域鲁棒控制技术，综合考虑了对象的不确定性范围和对系统的性能指标要求，以定量方式在Nichols图上展开分析与设计，从而保证了设计结果具有稳定鲁棒性和理棒性。而当飞机控制舵面局部受损或失败时，飞机模型气动导数所受的影响可看作是不确定对象鲁棒性问题的扩展，因此，考虑舵面受损与失效时的容错习行控制系统也可用QFT方法进行分析与设计。本文在讨论QFT原理与设计方法的基础上，以某型无人驾驶飞机的纵向飞行控制系统为例，对鲁棒和容错飞行控制技术进行了分析、研究与设计，获得了满意的设计与仿真结果。     

基于降维UIO的飞控系统鲁棒故障诊断

针对同时存在对象矩阵参数的摄动、外界扰动和故障的一类线性系统,基于降维的未知输入观测器(Un-known input observer,UIO)技术对飞控系统执行器故障进行诊断,使得系统对矩阵参数摄动和外界干扰具有良好的鲁棒性.该诊断方法把原系统分解为两个子系统,一个子系统受故障的影响,而另外一个子系统不受故障的影响,但状态可测.这样,不但大大降低了计算量,而且保证了故障诊断的快速性和准确性.     

多片压电双晶片并联驱动器的设计

针对微型无人机在受到外界干扰时通过自适应控制来实现飞行的稳定性设计了一种多片压电双晶片并联驱动的新型驱动器.用功率放大器和频谱分析仪分别对驱动器的在空载和带栽情况下的静态特性和动态特性进 行了测试,分析比较了在不同负载下单片压电双晶片和双片压电双晶片组成的驱动器的驱动能力,测得了双片 压电双晶片并联驱动器的输出位移和驱动电压之问的传递函数.实验结果表明:该驱动器不仅可以实现位移放 大,而且可以通过多片压电双晶片并联补偿驱动器的输出力,为设计新型压电双晶片驱动器提供了新的思路,同 时为压电双晶片驱动器的自适应控制提供了参考.     

压电固体作动筒及其在结构中的应用

建立了大位移压电固体作动筒（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｔｒａｉｎ ａｃｔｕａｔｏｒ， ＰＺＴ ＩＳＡ）的动力学模型。探讨了压电固体作动筒在结构应用中的力学驱动模型，研究了压电作动筒和结构之间的驱动传递关系，以及在结构应用中获得最大输出位移和最大作用力的匹配关系；研究了利用压电作动筒驱动直升机伺服襟翼的一种初步构想以及机械放大机构，用于替代现有的液压装置，对旋翼进行主动减震降噪。同时在不同的频率及负载下，对压电作动筒的驱动性能进行了实验，并作了讨论。结论表明：利用压电作动筒作为直升机伺服襟翼控制的驱动器件，可以实现对伺服襟翼的主动变形及振动控制。