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.     

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.     

基于ASTSMO和UIO的故障估计方法

针对系统在有未知干扰情况下的故障估计问题,提出一种基于自适应Super-Twisting滑模观测器（ASTSMO）和未知输入观测器（UIO）的故障估计方法。不需要已知故障导数的上界,避免了现有自适应算法存在的滑模增益过估计问题,并且能够处理多执行器同时发生故障的情况。首先,通过非奇异变换将原系统降阶为两个子系统,其中一个子系统只受故障的影响,另一个子系统同时含有故障和不确定干扰。对两个子系统分别设计ASTSMO观测器和UIO观测器,并对误差系统有限时间内收敛的条件进行了证明,同时给出了滑模增益初始值和时变增益的设计方法。然后,基于等效控制的概念对故障进行检测和估计。最后,通过仿真算例验证了所提故障估计方法的有效性。      

容错待命储备系统的任务可靠性计算

讨论了待命储备系统具有容错性能时的任务可靠性计算, 由于故障检测器、切换器和待命器件是否可靠,直接影响该容错系统的可靠性.为了正确评估系统的任务可靠性,这里考虑了检测器和切换器存在一定的误警率和误切换率. 据我们所知,Markov模型是处理这个问题的主要工具,而国内很少有这方面的讨论.本文用Markov理论来确定系统的状态及其状态转移矩阵, 从而容错可靠性的计算问题得到解决,此外还讨论了有关误差概率的计算模型.     

一种非线性不确定系统的鲁棒H∞滤波方法研究

考虑EKF滤波方法的线性化过程对估计误差的影响,提出一种非线性不确定系统的鲁棒H∞滤波方法．基于H∞理论,该算法将滤波模型和观测模型在线性化过程中所产生的误差作为系统的不确定部分,力求此误差对导航精度的影响最小,并且利用李亚普诺夫方法证明了该滤波算法的稳定性．利用所提算法对月球环绕段自主导航系统进行滤波估计,仿真结果证实了算法的有效性．     

卫星姿态控制系统执行器微小故障检测方法

针对卫星姿态控制系统执行器微小故障检测问题,提出一种基于神经网络干扰观测器的微小故障检测方法。该方法利用卫星姿态控制系统内的冗余关系,分别构建陀螺干扰观测器和干扰力矩观测器,对系统内的测量误差、扰动等进行估计,并对故障检测观测器进行扰动补偿,提高对执行器微小故障的检测能力。仿真结果表明,与基于解析模型的方法相比,该方法能够较精确地对解析模型的误差进行补偿,明显降低了检测阈值,实现了对扰动掩盖下的微小执行器故障检测。      

一种基于2DOFH∞控制器的航天器姿态控制方法

研究某航天器俯仰轴姿态的二自由度鲁棒控制问题．首先分析俯仰轴系统中存在的主要不确定性,建立系统的结构与非结构不确定模型;然后将二自由度鲁棒控制方法应用于俯仰轴系统中设计H∞控制器,由于得到的H∞控制器阶次过高,对其进行降阶处理;最后进行仿真验证．结果表明该控制器对干扰力矩和参数不确定性的影响具有良好的鲁棒稳定性．     

一类非线性网络化系统的鲁棒故障检测

研究了一类非线性网络化系统的鲁棒故障检测问题.系统的不确定参数具有范数有界约束,非线性项满足扇形域有界条件,系统状态时滞时变有界.用服从伯努利分布的随机序列描述系统观测数据的随机丢失.将原问题转化为鲁棒H∞问题后,以线性矩阵不等式的形式给出了鲁棒故障检测滤波器的存在条件,进而得到所求滤波器的增益阵.     

基于观测器的传感器故障检测与信号重构方法

针对含未知有界干扰输入的线性系统进行传感器故障检测研究.通过对输出信号进行非奇异线性变换,将传感器故障等效转化为执行机构故障,提出对干扰具有鲁棒性、对故障具有敏感性的残差生成方法,设计滑模观测器进行残差估计,实现对传感器故障的检测,得到对传感器故障信号的精确估计,并实现对传感器信号的重构.基于飞机纵向小扰动模型,对于传感器的缓变偏差、突变偏差、完全失效和反相等故障的信号重构仿真结果都表明了该方法的有效性.     

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.     

可重复使用运载器递归积分滑模姿态控制方法

针对存在模型不确定和外部干扰的可重复使用运载器再入段姿态控制问题,提出了一种基于自适应滑模干扰观测器的递归积分滑模控制方法。首先,基于可重复使用运载器再入段姿态运动模型,建立了面向控制的模型;其次,设计了自适应滑模干扰观测器,以精准估计和补偿由模型不确定和外部干扰构成的复合干扰;然后,基于递归思想设计了一种新型递归积分滑模控制器,利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的有限时间稳定性;最后,数值仿真结果验证了该方法具有较强的鲁棒性和较快的收敛速度。     

大虚警率下的多故障诊断算法

主要研究不可靠测试下多信号模型的多故障诊断问题。最优的多故障诊断是计算复杂度完全类(NP-Complete)问题,因此大型系统的诊断一般只能用次优的随机搜索算法。次梯度优化算法能够在虚警概率较小时给出较好的结果,但如果测试个数很多且虚警概率较大时,该算法就不能消除虚警的影响,会使估计的故障覆盖所有失败的测试,而不是找到系统真实的故障。针对这一问题,提出了能够同时考虑虚警和误警的目标函数,使算法能排除虚警的测试准确定位故障,并用改进的遗传算法搜索故障部件提高诊断速度。仿真诊断结果表明,同时发生故障的部件个数较少时,遗传算法的诊断速度明显优于次梯度优化算法,而且能够更有效地抑制虚警的影响。     

基于H∞滤波的GPS／INS全深组合导航系统研究

根据H∞鲁棒滤波理论，提出了基于H∞滤波技术的GPS／INS全深组合导航系统，该系统仅含有位置误差，速度误差和平台误差角9维状态，并利用伪距，伪距率和载波相位观测信息对全部状态进行观测，组成全深组合导航系统，由H∞滤波来提高系统的鲁棒性，文中对提出的组合系统了动态仿真，仿真结果表明，该系统结构简单，状态估计精工高，系统鲁棒性好，便于工程实现。     

四旋翼无人机的自适应故障诊断与估计

针对四旋翼无人机执行器常见故障，提出一种基于自适应技术和观测器的鲁棒故障检测和估计（FDE）方法。在故障检测阶段，设计非线性诊断观测器，通过解析函数推导出阈值，确保所提检测方法的鲁棒性，并对所设计的观测器和残差评估函数进行证明。在故障估计阶段，提出基于切换ρ-修正的自适应律来准确估计检测到故障的方案。该方案不仅能够同时估计系统状态和残差信号，而且能估计未知故障的特征和大小。通过线性矩阵不等式进行设计参数的计算。利用2种故障场景分别进行仿真验证，同时在4种情况下讨论所提方法的有效性。基于四旋翼无人机硬件在环实验台验证了所提方法的可行性。     

基于T-S模糊模型的模糊大系统的混合滤波

针对非线性大系统内部过程参数的检测估计,采用连续模糊大系统模型,利用lyapunov定理和分布式处理方法,给出了模糊大系统的H2/H∞混合滤波器设计方法。该方法在保证滤波误差系统全局稳定的同时,具备了H2/H∞性能。通过求解线性矩阵不等式,可以得到滤波器参数。最后,用一个数值例子验证了该方法的正确性和有效性。     

基于H∞理论的交会对接模拟器横向平移控制系统设计

研究九自由度空间交会对接模拟器横向平移控制系统设计问题．采用非结构不确定性描述系统中的高频机械谐振,给出了系统对象的不确定性模型．根据横向平移系统的性能指标和主要不确定性确定了鲁棒H∞控制方案,并研究了混合灵敏度问题的加权函数选取原则和确定方法,给出了基于线性矩阵不等式（LMI）的H∞控制律的存在条件和设计方法．实际系统测试结果达到指标要求,说明了该方法的有效性．     

批次定检设备故障诊断的贝叶斯方法研究

针对机载设备故障诊断定位率低的问题,提出充分利用先验故障信息指导批次定检的思想.通过研究批次定检机载无线电设备的失效规律,运用贝叶斯方法对小子样情况下的故障概率进行估计,建立了以各模块的故障概率来指导下一步故障检测的机制.针对不同情况提出3种指导方法并进行了仿真计算,结果表明可显著提高故障的一次定位准确率,减少故障查找时间,具有较高的工程应用价值.      

一种抑制扰动的轴向磁轴承鲁棒控制新方法

从鲁棒稳定性和抑制扰动的动态性能角度,分析了干扰观测器应用到轴向磁轴承时其有效带宽较低的问题,指出磁轴承易受到低频干扰并提出了一种抑制扰动鲁棒控制方法.基于动态分析建立了轴向磁轴承的名义模型,并设计了内环控制的干扰观测器,采用标准H∞问题的方法设计抑制扰动鲁棒控制器作为外环控制.仿真分析与实验说明了该方法能够提高干扰观测器的带宽,同时,实验验证了对于系统参数不确定性具有较强的鲁棒性能,对比单一的控制方法具有良好的抑制扰动能力.