基于自适应未知输入观测器的多故障快速重构

针对一类非线性函数中耦合执行器故障的非线性动态系统,提出一种基于自适应未知输入观测器的多故障快速重构方法,通过引入比例项提高故障重构的快速性。首先,将执行器故障进行解耦处理并构建包含传感器故障的增广系统。然后,综合H_(∞)性能指标给出状态估计误差的稳定性证明。接着,将观测器增益矩阵的求解转化为受线线矩阵不等式约束的非线性优化问题,并实现执行器故障和传感器故障的多故障重构。最后,结合单关节柔性机器人算例仿真验证了所提方法的有效性。

具有未知输入非线性系统的自适应观测器设计

针对具有未知输入和传感器噪声的的非线性系统,讨论了基于T-S(Takagi-Sugeno)模型的未知输入观测器设计方法.首先,给出了基于非线性系统构造T-S模型系数矩阵的计算方法.然后,以T-S模型作为设计模型,通过扩展传感器噪声为辅助状态向量的方式,将系统扩展为增维系统.继而,针对T-S模型,设计模糊自适应观测器以达到对非线性系统状态,未知输入和传感器噪声同时估计之目的.为此,基于线性矩阵不等式,给出了观测器存在的充分性条件.最后,通过实例仿真验证了此方法的有效性.

带遗忘因子的线性系统自适应观测器设计

针对状态方程和输出方程同时含有未知参数的多输入-多输出连续线性时变系统,采用构造性方法设计一种带指数遗忘因子的自适应观测器.证明当系统无噪声时该自适应观测器的全局指数收敛性,在此基础上考虑有噪声系统,在若干假设成立的条件下证明了该自适应观测器的估计误差均值也是全局指数收敛于0的.该自适应观测器采用带指数遗忘因子的时变增益矩阵,以自适应的方式克服噪声的影响,改善了估计的一致性.数值仿真结果表明,该自适应观测器具有良好的快速收敛性、跟踪性及抗干扰性等期望性能.

采用代数建模方法的自适应观测器设计

针对伴有未知输入的一类线性时不变系统,当观测器匹配条件不满足时,研究了自适应观测器的设计问题。通过将未知输入划分为匹配未知输入和不匹配未知输入两部分,并假设不匹配未知输入可以表述为一个动态系统,从而可得一个满足匹配条件的增广系统;对于该增广系统讨论了自适应观测器的存在条件,给出了自适应观测器的设计方法,这种自适应观测器不仅可以观测原系统的状态,还可以重构、匹配未知输入。将该设计方法应用于一类机器人系统,虽然系统未知输入初值和观测器重构的未知输入初值相差很大,但是观测器重构的未知输入值能够很快地跟踪上系统实际的未知输入值;虽然这是一种有界误差跟踪,但是误差可以控制在很小的范围内,并不影响实际应用。仿真结果表明,所提方法是有效的。

复合式空气悬架多模式切换终端滑模控制

针对车辆空气悬架系统在复杂工况下车身高度与悬架阻尼难以协调的问题,提出一种复合式空气悬架多模式切换终端滑模控制策略。考虑悬架系统非线性及外界干扰的影响,建立复合式空气悬架非线性动力学模型;设计多模式切换控制器以确定不同车身高度下的最优阻尼控制模式;采用未知输入观测器估计悬架系统状态量,并设计一种基于径向基神经网络的非奇异快速终端滑模控制器,控制直线电机输出对应模式下的电磁推力;最后,对多模式切换终端滑模控制策略下的悬架动态性能进行仿真与台架试验。仿真结果表明:该控制策略可有效协调车身高度与悬架阻尼,提高车辆在复杂工况下的平顺性和操稳性。试验结果表明:相比于被动悬架,系统的簧载质量加速度在时域和频域内分别降低了32.5%和33.7%,验证了该控制策略的有效性。

自适应阈值在机电作动系统故障检测中的应用

机电作动系统属于非线性、多变量、强耦合的系统,建模误差与干扰是不可避免存在的。因此提出了一种将未知输入观测器与自适应阈值相结合的故障检测方案。通过未知输入观测器使干扰从残差中完全解耦,降低外界对残差的影响,提高故障检测鲁棒性;同时考虑了固定阈值带来的高误报警率或漏检率,提出了用自适应阈值代替固定阈值,来对残差进行评价,在降低误报警率的同时,提高了故障检测率。最后基于机电作动系统三闭环Simulink模型,验证了算法的有效性。

基于多模型结构的电控系统执行器的故障诊断

针对电控系统执行器卡死的故障诊断问题,建立在多模型结构下基于未知输入观测器的自适应估计方法。对一个有不确定参数的模型,通过在线自适应调整,使执行器卡死位置参数被在线逼近,从而使未知输入观测器模型与系统状态匹配,达到故障检测的目的。同时对卡死位置有精确的数值估计。根据Lyapunov理论,证明了在模型与系统状态匹配的情况下,所提出的自适应调整律保证残差信号收敛于零。仿真结果表明,所提出的方法用于汽车发动机电控系统执行器故障诊断准确有效。

基于模糊多模型结构的飞行控制系统执行器故障诊断

为了解决一类飞行控制系统执行器故障诊断问题,本文将Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型与多模型技术相结合,提出了一种模糊多模型方法。该方法的特点是:利用T-S模糊模型对非线性系统进行描述、建模;根据特定的故障,利用多模型技术建立了局部自适应未知输入观测器。通过所提出的诊断方法,当飞行控制系统的执行器发生故障时,故障参数能被在线逼近,使所设计的模糊自适应未知输入观测器模型与系统故障状态匹配,从而达到故障检测的目的。利用某飞机模型进行的仿真,表明了本文方法的有效性。