基于中间观测器的非线性系统的故障估计

针对带有时滞和多故障的非线性系统,研究了基于中间观测器的故障估计问题.设计了中间变量和中间估计器,实现了多故障的故障估计,同时避免了观测器匹配条件的限制.根据Lyapunov稳定理论和线性矩阵不等式(LMI)方法,误差系统是渐近稳定的.最后,通过MATLAB仿真,验证了所提出方法的有效性.

基于中间观测器的多智能体系统分布式故障估计

针对发生执行器故障的多智能体系统,论文提出一种新型分布式中间观测器的设计方法,可以同时估计系统的状态和故障.本文设计的观测器可以应用于严格正实条件和观测器匹配条件不满足的系统.针对多智能体系统的通讯拓扑是有向图和无向图的情况,分别获得估计误差系统稳定的条件.观测器的参数矩阵可以通过求解线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)计算.针对具有有向拓扑的多智能体系统,本文方法所需求解的LMI的维数,等于对单个智能体系统设计观测器所需求解的LMI的维数.这表明应用本文方法进行故障估计时,计算量不会随着系统中智能体数目的增加而增加.针对多智能体系统通讯拓扑是无向图的情况,利用Laplacian矩阵的对称性,可以得到保守性更小的结论.最后,仿真算例验证了本文方法的有效性.

基于中间观测器的异构多智能体系统分布式故障估计

针对由无人机和无人车组成的异构多智能体系统,提出一种新型的基于中间观测器的分布式故障估计方法,可以实现对节点及其邻居执行器故障和系统状态的同时估计.首先,考虑到无人机在XOY平面与在OZ轴方向的运动相对独立,异构多智能体系统可以划分为由无人机和无人车组成的位置子系统的XOY平面以及无人机位置子系统的OZ轴;然后,设计基于中间变量的分布式故障估计观测器,不仅能同时估计出选定的智能体自身与其邻居的执行器故障和状态,也能克服观测器匹配条件的限制,并基于H_(∞)性能指标求解观测器增益;最后,通过仿真实验验证所提出方法的可行性与有效性.

基于中间估计量观测器的飞行器姿态容错控制

针对刚性飞行器在飞行过程中发生执行器故障和受到外界干扰的问题,基于中间估计量的方法提出了一种主动容错控制方案。通过设计中间估计量观测器,将常见的乘性及加性执行器故障以整体故障估计量的形式加入到系统模型中,并验证了观测结果的收敛。在未知外部干扰和执行器故障同时存在的情况下,基于求解Riccati方程设计了一种飞行器主动容错控制策略,利用Lyapunov定理验证闭环系统的稳定性。最后通过仿真验证了设计控制系统的有效性和稳定性。

智能汽车信息物理系统状态估计与执行器攻击重构

针对含有网络攻击的非线性广义系统形式描述的信息物理系统,本文研究其状态估计和攻击信号重构问题。首先,将广义系统形式上写成一般系统,利用中间变量重构攻击信号,设计出中间变量观测器;而后,通过线性矩阵不等式得出观测器增益矩阵存在的充分条件;最后,利用数值仿真验证所提方法的可行性。仿真分析中,针对智能汽车的车道保持系统进行建模,将车辆动力模型和车辆保持模型转化为动力系统的形式,从信息物理系统的角度出发,研究车辆的安全状态估计问题。当系统含有网络攻击时,利用所提观测器对车道保持系统状态进行估计,结果表明设计的中间变量观测器能够准确地估计系统状态和攻击信号,且误差系统均在4 s内趋于稳定。

基于中间变量观测器的多智能体故障检测

针对无向拓扑结构下线性多智能体系统,研究执行器故障的检测问题。通过设计一系列维数扩展的虚拟系统,给出一种基于中间变量观测器的执行器故障诊断方法,克服了现有观测器所需的匹配条件,利用合适的中间变量矩阵,可同时估计系统的状态信息和故障信息。通过智能体状态之间的残差信息,不仅可以检测智能体发生故障,还可以检测相邻智能体故障信息。基于Lyapunov稳定性理论,证明了系统估计误差最终有界。仿真结果验证了所提出设计方法的有效性。

带有量化的信息物理系统安全控制

本文针对量化环境下的信息物理系统(CPS)提出了一种安全控制方法。考虑执行器和传感器同时受到攻击,并且在信息传输过程中受到量化影响,首先设计了一种中间观测器对系统状态和攻击信号同时进行估计,并基于估计值设计了容侵控制器,通过李雅普诺夫稳定性分析得到保证闭环系统状态一致最终有界的充分条件。该方法通过直接调节某些特定参数可以抑制量化误差的影响,并且不需要引入任何性能指标。最后通过网络化运动控制系统验证了所提方法的有效性。

有向拓扑下网络化运动控制系统的容侵同步控制

针对有向通信拓扑下网络化多轴运动控制系统受到网络攻击威胁及未建模不确定性影响,其轨迹同步控制精度迅速下降,提出了一种基于分布式中间观测器的容侵同步控制方法;首先将非线性未建模不确定性分解成控制通道匹配分量和不匹配分量,进而将攻击、领航者的参考输入和非线性匹配部分合并成一个组合未知输入信号,通过设计分布式中间观测器对跟踪误差系统的状态、组合未知输入信号进行估计并设计容侵同步控制协议;利用李雅普诺夫函数证明跟踪误差系统稳定性;网络化多轴运动控制系统的实验结果表明所提方法能够保证系统具有良好的容侵同步控制性能,并且能够通过调节特定参数确保跟踪误差系统对于不匹配非线性不确定性的鲁棒性。

FDI攻击下互联电力系统的分布式安全状态估计

针对虚假数据注入(FDI)攻击下的多区域互联电力系统安全状态估计问题,提出一种分布式中间观测器,同时对各区域电力系统的状态、虚假数据注入攻击信号以及负载偏差进行估计.首先,通过将电力系统的状态和虚假数据注入攻击进行增广,得到等价的区域电力系统状态空间模型;然后,基于等价系统模型构建分布式中间观测器,对各个电力子系统分别进行安全状态估计,并设计补偿控制策略以降低虚假数据注入攻击及负载偏差带来的影响;最后,通过算例仿真验证所提出方法的可行性和有效性.

网络化多轴运动控制系统的容侵同步控制

针对网络攻击下的不确定网络化多轴运动控制系统,提出一种基于分布式中间观测器的容侵同步控制方法.首先将不确定性分解为匹配分量和不匹配分量,继而通过分布式中间观测器估计由执行器攻击、领航者的非零输入以及匹配不确定性分量构成的组合未知输入信号,进而设计基于估计值的容侵同步控制协议对匹配未知输入进行有效补偿,同时通过调节特定参数充分抑制不匹配不确定性效应,最终得到满意的容侵同步控制性能.

网络化运动控制系统的分布式攻击重构

针对传感器网络下网络化运动控制系统的攻击重构问题,提出一种新的分布式投影中间估计器,以此估计传感器和执行器攻击信号.首先,引入投影算子确定受攻击的信道集,同时设计最小二乘算法减轻观测器在估计过程中的计算负担;然后,引入分布式估计框架以提高算法的可伸缩性和扩展性;最后,通过网络化运动控制系统的实验验证所提出方法的有效性.实验结果表明,所提出算法的估计精度和实时性分别优于现有的扩张状态观测器和梯度下降算法.