四旋翼无人机的自适应容错控制

针对四旋翼无人机执行机构部分失效故障和传感器偏差问题,为了可靠,安全、稳定的飞行,采用自适应容错控制策略.当无人机飞行时,利用二阶卡尔曼滤波器在线快速估计状态、检测执行器故障和传感器偏差,当执行器故障检测和诊断出来后,将故障因子视为自适应因子,用来调节自适应容错控制器的参数,使故障影响变小,同时估计传感器的偏差,如有偏差,则将偏差部分补偿给输出信号.在Matlab实验平台上对所提方法的可行性和有效性进行仿真验证,结果表明四旋翼无人机执行机构在发生部分失效故障和传感器偏差时,采用自适应容错控制策略,输出信号能够快速跟踪参考输入信号,实现了对四旋翼无人机的容错控制.     

基于联邦滤波器的新型故障检测结构及算法

提出了一种基于联邦卡尔曼滤波器的故障检测结构,该结构利用各局部滤波器和参考滤波器共有状态之间的残差进行故障检测.并提出了2种故障检测算法:χ2检验法和Elman神经网络检验法.以组合导航系统为例进行了仿真研究,和其它算法相比该算法计算简单、可靠,不但可以快速检测出外部传感器及参考系统故障,且具有很好的容错性能,能快速检测出故障并进行隔离,使融合后系统依然保持较高精度.     

变时延网络控制系统的鲁棒故障检测

针对具有时变时延的网络控制系统故障检测问题,提出了一种基于鲁棒H_∞思想的故障检测滤波器设计方法.将鲁棒H_∞故障检测问题归结为寻找滤波器参数矩阵,使得滤波系统内稳定并且满足鲁棒H_∞性能指标.根据残差评价函数和故障阈值判断系统是否存在故障.假设时变时延的上下界已知.基于时延相关Lyapunov-Krasovskii泛函方法给出了系统内稳定并且具有H_∞指标的时延相关条件.在外部控制输入、外界干扰和故障信号有界的情况下,所设计的故障检测滤波器能够保证生成的残差信号有界.针对HiMAT（Highly Maneuverable Technology）飞行器设计了故障检测滤波器,并通过仿真分析验证了所提出方法的有效性.     

应用于MEMS_SINS/GPS组合导航系统的H_∞容错滤波算法

针对基于微机电系统(MEMS,micro electro mechanical system)的捷联惯性导航系统(SINS,strapdown inertial navigation system)与全球定位系统(GPS,global positioning system)组成的组合导航系统中存在不确定干扰并且GPS量测输出中经常含有故障信号的情况,提出一种H∞容错滤波算法,能够对不确定噪声干扰具有鲁棒性,并且能够在检测到故障信号后进行容错计算,使滤波精度始终保持在要求的范围内.基于H∞滤波器,在状态估计方程中加入加权因子,使滤波器具有容错的功能,并且适用于组合导航中量测分量的数量级相差很大的情况.仿真试验结果表明,该算法能有效降低GPS中故障信号的不利影响,使系统在故障存在期间仍能正常工作.     

基于深度神经网络的航天器姿态控制系统故障诊断与容错控制研究

针对传统航天姿控系统故障诊断与容错控制诊断精度及控制分配效率较低的问题，提出了一种基于深度神经网络的航天器姿态控制系统故障诊断与容错控制方法。以控制力矩陀螺为执行机构的航天器发生执行机构故障工况时，所提出的方法可保证鲁棒的姿态控制。首先，利用三个异构深度神经网络实现传统容错控制器的故障诊断、姿态控制和力矩分配等功能，建立了全神经网络的智能自适应容错控制器架构。然后，对三个神经网络的网络层数、神经元数目和激活函数等参数进行优化调整，对比分析了神经网络参数对控制器性能的影响。最后，对所提出的新型控制器在控制力矩陀螺发生故障时的控制精度和鲁棒性进行了仿真验证。仿真结果表明，对于具有冗余控制力矩陀螺的航天器，提出的方法不仅能在单一陀螺故障下实现高精度的容错控制，也能在发生多陀螺故障时保证一定的姿态稳定控制。     

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.      

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.      

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.      

敏感器故障诊断与容错控制一体化设计

摘要： 针对卫星敏感器故障情况下的故障诊断与容错控制一体化设计问题,本文将敏感器有效性因子和控制器增益作为整体,利用区域极点配置方法设计综合输出反馈控制律,保证了良好的系统性能;再利用敏感器偏差的最优估计方法进行实时估计敏感器有效性因子,反解即可得到控制器增益,保证了控制的实时性和快速性;最后通过仿真验证了所提方法的有效性.     

基于干扰补偿的导弹增量式动态逆容错控制方法

针对导弹飞控系统存在外部干扰、执行机构故障等问题,本文运用一种鲁棒增量式动态逆被动容错控制方法,以避免主动故障诊断带来的计算效率问题,同时实现飞行姿态的可靠安全控制。针对外部干扰及执行机构故障等控制系统不确定性,建立导弹三通道姿态控制模型,基于干扰观测器对不确定性进行估计与补偿设计终端滑模控制律。为进一步增强导弹姿态控制系统的鲁棒性,给出导弹增量式动态逆容错控制律,结合终端滑模控制设计干扰补偿的增量式动态逆终端滑模控制律,并对系统残差进行分析比较。某典型全弹道姿态跟踪任务仿真表明,该方法在故障未知的情况下仍然保持姿态跟踪特性与容错能力,实现导弹姿态鲁棒精准快速控制。     

基于WPI的多操纵面飞机积分滑模容错控制

针对含位置和速率限制、故障重构存在误差和时滞下的过驱动飞行器损伤故障的容错控制问题,提出了一种基于动态自适应加权伪逆法(WPI,Weighted Pseudo Inverse)的积分滑模主动容错方法.采用指令限制模块对饱和控制信号及瞬时干扰进行限制,设计了动态自适应控制分配律逐步减小指令饱和,同时通过故障估计值修正控制分配律来直接补偿气动力损失,降低了故障对系统稳定的影响;设计积分滑模律实现了含重构不匹配和时滞的稳定控制.仿真结果表明,所设计的控制器能快速准确地跟踪参考指令,对时滞具有较强的鲁棒性,同时对损伤故障具有较强容错能力.     

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.      

小波分析在GPS卫星故障检测中的应用

目前基于扩展卡尔曼滤波的残差卡方检测法已在接收机自主进行GPS卫星故障检测方面得到广泛应用,但该方法存在依赖系统数学模型、检验延迟等问题。文章提出一种基于小波分析的GPS卫星故障检测法,利用小波分析在时频域表现出良好的细节处理特性,将GPS接收机的可测数据即伪距观测数据和位置定位数据作为处理对象,进行多尺度下的分析,通过识别异常点来判断故障的发生。仿真结果表明,该方法具有高效灵敏、简洁直观、易于工程实现等特性,有助于保证导航系统的可靠性和稳定性。     

空间矢量和单周控制三相航空有源电力滤波器

提出了一种新型三相航空有源电力滤波器的控制方法.按照空间矢量 的方法,将三相母线交流电压划分为6个区间,在每个区间,建立单周控制模型.这种基 于空间矢量和单周控制的控制器只需要1个带复位的积分器、3个比较器、2个触发器、1 个双八路多路复用器和一些线性器件.在每个区间有1个桥臂工作在低频状态,另外2个 桥臂工作在高频状态.采用这种控制器的有源电力滤波器具有简单、可靠、鲁棒性好、控制 精度高、效率高等优点.在分析、建模的基础上进行了仿真和试验研究.仿真与试验结果证 明,采用这种控制方式的三相有源电力滤波器能够动态地对电流谐波和无功进行有效补偿, 从而验证了这种控制方法的正确性和可行性.