无人机舵面故障高阶滑模重构观测器设计及主动容错控制

针对无人机舵面损伤故障容错问题,提出了基于二阶非奇异终端滑模重构观测器及主动容错设计方法。在分析舵面正常偏转运动学和动力学特性基础上,构建了无人机典型舵面故障非线性特性模型。提出无人机舵面故障的高阶滑模重构滑模观测器设计方案;引入线性变换降维简化观测器设计程式;将终端滑模和非奇异终端滑模结合起来,实现滑模运动有限时间快速收敛;综合自适应律、线性矩阵不等式设计观测器系数矩阵,确保状态估计偏差有界稳定。提出集状态与故障重构于一体的主动容错控制方案,并通过仿真算例检验所提方案的有效性。

基于主动容错滑膜预测的太阳能发电稳定性全局控制研究

采用目前方法对太阳能发电系统的稳定性进行控制时,无法获取控制器上的控制律,故障预测结果出现偏差,导致现有方法存在波动大、振荡次数多和容错性差的问题。提出基于主动容错滑膜预测的太阳能发电稳定性全局控制方法。利用灰色预测模型预测太阳能发电系统中存在的故障,据此获得控制器的控制律后,建立主动容错滑膜控制器,对太阳能发电系统进行全局控制,以提高太阳能发电系统的稳定性。实验结果表明:在发电机电压突然上升工况下,所提方法可在3 s之内使发电机端电压增量稳定在1.1 V,在4.5 s内使发电机功角稳定在20 rad;在线路三相短路工况下,所提方法可在2 s之内使发电机端电压增量稳定在1.0 V,同一时间内发电机功角稳定在60 rad。所提方法的临界切除时间最低为0.167 s,最高为0.190 s,与文献方法相比,临界切除时间更高,说明该方法的容错性更好。

主动容错多副本民航存储系统状态转换模型

主动容错机制解决了被动容错冗余问题,实现了硬盘潜在故障的提前预测和主动处理,显著提高了存储系统的可靠性.然而,民航存储系统采用被动容错机制无法全面保障系统可靠性.本文利用主动容错机制的优势,基于硬盘故障预测模型构建了多副本民航存储系统状态转换模型.该模型全面考虑硬盘,节点和机架故障3个因素,采用韦布分布模拟民航存储系统事件的发生.根据系统状态转换模型,本文使用了改进的基于事件驱动的蒙特卡洛仿真方法,对民航存储系统进行了全面的可靠性分析.实验结果表明,本文模型显著提高了民航存储系统的可靠性.另外,敏感性分析得出主动和被动的结合机制有效延缓了系统可靠性下降的趋势,节约了网络带宽资源.

基于注意力时空卷积和A2C的虚拟机主动容错优先迁移决策

针对边缘云环境的自动化和分布式特性、高度不可靠性及易变的工作负载问题,提出基于注意力时空卷积和A2C的虚拟机主动容错优先迁移决策模型AST-A2C。首先,采用带有注意力机制的长短期记忆网络(LSTM)提取各主机的时序特征,根据时序特征和多主机间的交互信息构建图网络,再利用图注意力网络(GAT)提取网络中不同主机间的关联信息,将其用于主机的故障信息编码。其次,设计可动态建立模型并不断生成改进决策的A2C模块,联合故障编码信息和调度决策信息进行优先迁移决策。最后,构建满足不同用户QoS要求和应用程序设置的自适应损失函数来优化调度决策。实验结果表明,该模型在故障检测、能源消耗、时延敏感性等方面优于最先进的基线,是提高边缘云计算可靠性的理想选择。

基于迭代学习观测器的航天器姿态主动容错控制

针对含有外部扰动和执行器故障的一类航天器姿态控制系统,本文提出基于迭代学习观测器的主动容错控制方案.首先,建立了含有外部扰动和执行器故障的航天器姿态控制系统的运动学和动力学模型.其次,为了提高观测器的故障估计精度,在传统迭代学习观测器设计基础上引入上一时刻状态估计误差信息,文章提出一种改进型学习估计算法.进一步,基于滑模控制和指定时间稳定理论,利用学习观测器的故障估计信息设计指定时间主动容错控制器.与现有的航天器主动容错控制方案相比,本文所提出的算法的优势在于可以使故障系统的姿态能在指定时间跟踪上指令信号.基于Lyapunov方法,本文从理论上证明了改进型学习观测器和姿态容错控制系统的稳定性.最后,通过数值仿真,说明了所提容错控制方案的有效性和可行性.

基于多模型的三轴燃气轮机主动容错控制研究

在三轴燃气轮机串级PID-MPC控制器设计基础上,提出了一种基于多模型的主动容错控制方案。首先对标典型的燃气轮机故障特征,构建表征不同燃气轮机故障的预测模型。然后在每个仿真步长内根据设计的决策逻辑,实时选择与当前燃气轮机适配度最好的模型,并通过切换逻辑保证控制器输出的平稳性。最后对燃气轮机部件级模型进行故障注入仿真。结果表明在预测模型有较大的失配情况下,所设计的控制器能够对预测模型进行实时切换,并且保证平稳地输出燃油流量,验证了所设计控制方案的有效性。

高速动车组多模型切换主动容错预测控制

高速动车组持续高速运行,对控制系统的可靠性和抗干扰能力提出了更高要求.结合高速动车组非线性动力学特点和系统运行数据,应用减法聚类和模式分类算法建立高速动车组多模型集;为适应对象和扰动特性的变化建立高速动车组自适应模型;采用基于累计误差最小的切换策略在线选择最优控制模型,据此设计主动容错预测控制算法来实现高速动车组安全高效运行.最后,仿真实例验证了该方法的有效性.

水下机器人抗积分饱和控制及主动容错控制方法

针对自主式水下机器人(AUV)推力饱和时一般模型控制器控制性能下降问题,提出了基于平滑变参数条件积分法的抗积分饱和控制方法.为适应AUV因抛载等引起的动力学性能变化,提出了一种基于抗积分饱和一般模型控制的主动容错控制方法,同时还研究了传感器故障问题并提出了一种传感器故障容错控制方法.进行了"海狸"号水下机器人试验样机的仿真及水池实验,实验结果验证了所提出的抗积分饱和控制方法的有效性,也验证所提出的容错控制方法在AUV发生故障及动力学性能变化时可有效减小速度、角速度跟踪误差.

非线性系统主动容错控制综述

以故障发生部位为分类视角,分别从传感器故障、执行器故障及其他部件故障3个方面,较为详细地对近5年非线性系统主动容错控制的研究进展情况进行了归纳和总结,重点讨论了执行器故障的容错控制问题,并对所存在的问题与未来的发展趋势进行了探讨。

基于MPC的民用涡扇发动机主动容错控制研究

在民用涡扇发动机模型预测控制器设计的基础上,提出一种隐性判断故障并调整控制律的主动容错控制方案。首先建立正常模式及各种已知故障模式的动态模型库,然后在每个采样周期判断当前发动机状态与动态模型库中各模型的匹配度,选择最佳匹配的预测模型,以其预测控制算法作为该时刻的子控制器,且保证各子控制器间能够平滑切换。最后以两种事先考虑的部件级故障,及某种未知故障的情况为例,进行了主动容错控制仿真,结果表明监控决策机制能够在0.5s内判断故障并给出切换指令,切换逻辑能保证不同子控制器间的平滑过渡,验证了该方法的有效性。

一类传感器故障的主动容错控制

目的为提高航空涡扇发动机数控系统可靠性。方法以某型涡扇发动机为对象,利用小偏离方法建立发动机建模,以传感器输出误差最小为性能指标函数,采用控制律重构方法设计主动容错控制器,使发动机控制系统在传感器故障情况下依然能维持发动机稳定工作。结果得到在飞行包线设计点发动机线性模型和主动容错控制器。结论该方法在发动机稳态工作点可有效地实现容错控制,提高航空发动机数控系统的可靠性,且控制精度高,实时性好。

风能转换系统执行器故障主动容错控制

提出了一种新颖的风能转换系统滑模主动容错控制策略.针对风能转换系统执行器故障,运用预测控制思想和迭代算法,设计了一种故障观测器.在设定的优化时域长度内,利用实际系统与故障观测器的输出差值,通过反复迭代运算,不断地对虚拟故障信号进行调整,使其能有效地拟合实际系统执行器故障,并根据故障观测值实时调整滑模容错控制器结构.未发生故障时,故障观测值为零,系统在滑模控制器控制下稳定运行;执行器发生故障时,运用故障观测值实时调整滑模容错控制项,并用双曲正切函数代替符号函数,消除抖动.仿真实验结果表明,滑模容错控制器下的系统具有良好的容错能力,提高了风能转换系统最大风能捕获效率.

考虑多故障同发的可重构机械臂分散主动容错控制

针对含有传感器故障及执行器故障的可重构机械臂系统的轨迹跟踪问题,提出一种基于滑模观测器的分散主动容错控制方法。通过引入一个新增状态将传感器故障等效为执行器故障,针对新系统构造滑模观测器,并用模糊神经网络去逼近可重构机械臂各关节间的非线性项及关联项,进而实现对不同类型传感器故障及执行器故障的重构。最后对2个不同构型的三自由度可重构机械臂进行仿真。研究结果表明:该方法不需进行故障诊断,通过实时重构故障,能够及时实现主动容错控制。仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于时滞分解的线性时滞系统主动容错H_∞控制

采用一种具有广义内模控制结构的反馈控制器,研究一类线性时滞系统的主动容错H∞控制问题。针对可由外系统描述其动态行为的故障,设计基于观测器的故障估计器,并将故障估计用于反馈控制的故障补偿。采用一种新的时滞分解方法选取Lyapunov-Krasovskii泛函,推导并证明问题可解的充分条件,最后给出主动容错控制系统的设计算法。最后通过算例验证了提出方法的有效性,并且利用时滞分解方法,保守性减小。

数据驱动逆系统方法的多模型主动容错控制

针对非线性系统提出了一种基于数据驱动逆系统思想的多模型主动容错控制方法;该方法首先采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)对系统正常以及各种先验故障情形建立其逆模型,并以此构造系统的基本逆模型库,实际运行时依据系统性能指标切换函数,经在线计算分析,判断系统所处的运行模式,当系统发生已知故障时,调用与之匹配的LS-SVM逆模型,使其始终与被控对象串联保持为不变的伪线性系统,并以固定的内模控制器实现非线性系统对已知故障的快速容错;当系统发生未知故障时,切换至基于数据驱动技术的无模型自适应控制器(MFAC)进行过渡容错控制,在保证系统稳定的同时利用过渡容错期间的输入输出(I/O)数据建立系统当前故障情形的逆模型并添加到模型库中,使其具有自学习能力;最后以一仿真算例验证了文中所述方法的有效性。

基于多模型切换的智能主动容错控制方法研究

针对某些具有可能故障先验知识的非线性系统,采用主动容错控制方法,基于神经网络对系统正常及各种先验故障情形建模,并采用基于神经网络的PID控制方法离线整定出各种故障模式下的控制律,由此建立模型库;在系统实时运行时,依据系统性能容忍度指标和模型失配度指标的计算分析,判断系统所处运行模式,切换与该模式匹配的控制律,从而达到系统主动容错控制的目的。最后将所提出的主动容错控制方法应用于某一非线性系统和线性系统,仿真结果表明了方法的有效性。

一种基于BP网络的多模型预测主动容错控制方法

针对非线性受控对象,给出了一种基于BP神经网络的多模型预测主动容错控制方案,设计了故障诊断与决策机制的算法步骤,在基于BP网络建立系统正常或故障状态动态模型库的基础上,利用预测控制算法得到控制律,达到对非线性系统主动容错控制的目的.仿真结果表明所述方法的可行性和有效性.

考虑传感器故障的柔性航天器自适应积分滑模主动容错控制

针对考虑传感器故障的柔性航天器姿态系统,提出了一种主动容错控制方法.首先,通过对测量输出进行滤波,将传感器故障转化为执行器故障形式;接着,设计一个基于未知输入观测器的自适应故障估计观测器,对未知故障进行辨识,同时,采用了一个故障检测观测器,对故障的发生进行检测;然后,利用故障估计信号对系统输出进行调节,结合自适应积分滑模和线性矩阵不等式技术设计输出反馈容错控制器;最后,对所设计的主动容错控制方法进行仿真,验证了所提方法的有效性.

基于逆系统多模型内模主动容错控制

针对现有非线性系统对故障容错的快速性和可靠性不足,从而导致容错失败的问题,为解决上述问题,研究了一类具有可能故障先验知识的非线性系统,提出了一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)建模的逆系统多模型内模主动容错控制方法。采用LS-SVM对系统正常以及各种先验故障情形的逆系统进行建模,构造系统的逆模型库,根据逆系统方法将逆模型与被控系统串联形成伪线性系统,设计具有良好鲁棒性能的内模控制器。系统在线运行时,监控决策机制基于对系统性能指标的仿真计算,结果表明在无需改变内模控制器的情况下达到对非线性系统故障容错的快速性和可靠性,证明方法的有效性。

线性时滞系统主动容错H_∞控制

采用一种具有广义内模控制结构的反馈控制器,研究一类线性时滞系统的主动容错H∞控制问题。针对可由外系统描述其动态行为的故障,设计了基于观测器的故障估计器,并在此基础上将在线故障估计信息用于控制器的故障补偿,提出了基于广义内模控制的主动容错控制系统设计方法。应用时滞系统有界实引理,推导并证明了问题可解的依赖于时滞的充分条件,给出了这类主动容错控制系统设计的具体步骤。算例验证了该方法的有效性。