基于非线性未知输入观测器的航天器故障诊断

针对一类满足Lipschitz条件的非线性系统,设计了一组非线性未知输入观测器,并依据故障解耦的思想,产生结构化的残差集,实现非线性系统执行器的故障隔离。研究考虑了未知扰动对非线性系统的影响,并利用Lyapunov理论证明了所设计观测器的稳定性。最后,以三轴稳定卫星的姿态控制系统为对象,仿真验证了所提方法对各种典型执行器故障诊断的有效性。

Lipschitz非线性系统未知输入观测器设计

针对观测器匹配条件不满足情况下的Lipschitz非线性系统状态估计和未知输入重构问题,提出了一种未知输入观测器设计方法。首先,通过构造辅助输出向量,突破了观测器匹配条件的限制,并设计高阶、高增益滑模微分器实现对辅助输出向量及其微分的精确估计;之后,在辅助输出及其微分精确估计的基础上,设计具有滑模控制律和自适应调节律的自适应鲁棒滑模观测器,并提出了一种未知输入重构方法。该观测器设计方法不需知道Lipschitz常数,其大小可通过自适应调节律调节,且信息重构具有避免直接使用系统输出微分的优点。仿真结果表明,所设计的未知输入观测器不仅在观测器匹配条件不满足情况下可以实现对状态的渐进估计以及对未知输入重构之目的,而且自适应调节律能够在约5s时间内实现对Lipschitz常数的自适应调节。

基于未知输入观测器的不确定非线性系统故障检测

针对具有不确定性和系统故障的非线性系统,利用神经网络构造了全阶未知输入观测器,在获得系统的状态观测信号的同时得到了系统的故障观测信号。通过在故障观测神经网络权值的调整规律中引入死区函数,从而提高了故障观测对系统不确定性的鲁棒性。利用得到的故障观测信号,可以方便地检测系统的缓变故障和突变故障,实现了对系统故障的快速检测,降低了误检率。仿真示例表明了该方法的有效性。

未知输入和可测噪声重构之线性矩阵不等式非线性系统观测器设计

针对一类同时具有未知输入和输出可测噪声的Lipschitz非线性系统,讨论了状态估计、未知输入与可测噪声重构的问题.首先,基于广义系统和线性矩阵不等式的方法设计滑模未知输入观测器,不仅对原系统状态进行渐近估计,而且实现了对系统输出可测噪声的重构;其次,考虑一种鲁棒滑模微分器,实现了广义系统输出向量微分的精确估计,并在此基础上,提出了一种未知信息重构方法,该方法具有避免直接使用系统输出微分信息的优点.最后,对火车牵引拖动系统模型仿真,结果表明该方法不但能够实现对系统状态的估计,而且可以有效重构未知信息.

基于未知输入观测器的非线性时间序列故障预报

将未知非线性系统的输出作为时间序列并进行空间重构,针对得到的离散线性时变系统,提出了基于未知输入观测器的预测新方法.以实时拟合时间序列的线性AR模型作为时变系统的已知线性部分,将拟合误差作为时变系统的未知输入,实现了对非线性时间序列的一步预测.再利用递推预测的方法,将一步预测推广到N步预测,同时证明了该方法的预测误差有界.通过未知输入的预测值和状态的预测误差的变化可以方便地判断故障的发生,实现故障预报.仿真结果证明了方法的有效性.

含未知输入的Lipschitz非线性广义系统的观测器设计

考虑了一类含有未知输入的Lipschitz非线性广义系统的鲁棒观测器设计问题.设计了一种非线性广义系统的未知输入观测器;当系统干扰无法消除时,设计出了一种鲁棒观测器.证明了它们的存在判据,并给出了具体的设计步骤.算例说明了方法的有效性.

基于未知输入观测器方法的非线性切换系统故障检测

基于非线性未知输入观测器方法对一类离散时间非线性切换系统的故障检测问题进行了研究。给出了两种不同结构的非线性未知输入观测器。针对每一种观测器都考虑了两种切换信号:任意时间切换信号和满足平均驻留时间的切换信号。在任意切换信号下,使用了切换Lyapunov函数的方法来设计非线性未知输入观测器的参数;在满足平均驻留时间切换信号下,使用了多Lyapunov函数方法进行观测器参数的设计。然后利用已知的非线性未知输入观测器,得到残差生成器,进而实现故障检测。通过数值仿真例子,验证了故障检测方法的有效性。

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.

一类含非线性变时滞系统的未知输入观测器设计

考虑含有未知输入的变时滞非线性系统观测器设计问题,本文分两部分论述,首先提出针对线性时滞系统的不含内时滞项的观测器系统化设计方法,给出观测器存在的充分条件,其次对时滞非线性系统利用代数R icat-ti方程解的条件设计出一种鲁棒观测器,并给出渐近稳定观测器存在条件。

基于未知输入观测器的非线性系统故障诊断

针对一类含未知输入和执行器故障的非线性系统,提出基于未知输入观测器的故障诊断算法,改进了Luenberger故障诊断观测器对系统出现未知扰动时的不足。利用广义逆方法,将未知输入从残差信号中完全解耦,通过产生对故障高敏感性以及对未知扰动强抗扰动性的观测器实现系统的故障诊断,并通过Lyapunov函数用线性矩阵不等式保证了系统稳定性。

基于未知输入观测器的直流电机鲁棒故障估计

针对直流电机系统提出一种基于未知输入观测器(UIO)的鲁棒故障估计方法,同时估计系统中的执行器故障和传感器故障。首先,构建包含系统传感器故障的增广状态系统;然后,基于该增广系统提出一种新颖的UIO,并给出了该观测器的存在条件和多故障估计策略;同时,引入H_(∞)性能指标最大程度地抑制干扰对故障估计结果的影响;接着,给出观测器的设计条件和参数求解过程并将其转化为易于求解的线性矩阵不等式(LMI)的形式;最后,通过算例仿真和实验验证了该方法的有效性和可用性。

基于输入输出线性化方法的一类多输入多输出非线性系统的观测器设计

研究一类多输入多输出仿射非线性系统的状态观测器设计问题.基于输入输出线性化方法提出了一类多输入多输出仿射非线性系统的状态观测器设计的新方法,并给出保证状态估计误差渐近趋于零的充分条件.算例表明了所得结果的有效性.

一类线性时滞系统的未知输入观测器设计

以一类线性时滞系统为研究对象,研究了当观测误差与未知输入完全解耦时的未知输入观测器设计问题。基于时滞系统Lyapunov稳定性方法,给出了指数稳定未知输入观测器的存在条件。基于这一条件,提出了含有内部时滞与不含有内部时滞两种观测器的设计问题。通过求解线性矩阵不等式给出了所提观测器的设计方法。给出了两种情形下的观测器设计算法。数值例子说明了提出的设计方法的有效性。

具有H_∞性能的线性时滞系统的未知输入观测器设计

以一类线性时滞系统为研究对象,研究了当观测误差与未知输入不能完全解耦时的未知输入观测器的设计问题.基于时滞系统Lyapunov稳定性方法,给出了观测器的存在条件,提出了含有内部时滞与不含有内部时滞两种观测器的设计问题.基于时滞系统的H∞控制理论,以线性矩阵不等式的形式设计了所提观测器.给出了观测器的设计方法,数值例子说明了方法的有效性.

匹配条件不满足时线性系统未知输入观测器设计

针对一类不满足观测器匹配条件的线性系统,讨论了未知输入观测器设计方法.首先,为了突破观测器匹配条件的限制,提出了一种与未知输入相对阶无关的辅助输出构造方法.然后,把未知输入看作系统状态的一部分,将原系统转化为一个不含未知输入的增维线性描述系统.针对这样的系统转化,对一系列等价前提条件进行了详细的讨论.之后,针对该增维线性描述系统,构造Luenberger观测器来估计原系统的状态和未知输入.同时,借助于高阶滑模微分器,来估计辅助输出中的未知信号.最后,对一个单连杆柔性机械手模型进行了数值仿真,仿真结果表明了方法的有效性.

具有未知输入线性系统观测器的设计与分析

对于一类具有未知输入的线性系统,本文提出了一种新的状态及未知输入观测器的设计方法,并给出了其存在的条件。对于此类观测器的正确性,本文做了严格的理论论证。最后,通过一个线性系统实例,利用本文所提出的观测器的设计方法,对其状态及未知输入观测器进行了设计。仿真结果表明,该观测器直接采用系统的测量输出,实现了对系统状态及未知输入渐近的估计。

无未知参数先验信息的非线性自适应观测器设计

研究了一类具有未知参数的非线性系统自适应观测器设计问题.不同于现有结果,本文所研究的非线性系统更为一般,已知的系统信息更少:1)系统未知参数的范数的上界未知;2)具有关于可测输出非Lipschitz连续的非线性动态;3)系统输出显式地依赖于控制输入.通过设计自适应调节器来估计未知参数范数,从而给出了不基于未知参数先验信息的非线性自适应观测器设计的新方法.所设计的观测器为全局渐近收敛的,即实现了系统状态的渐近重构,确保了未知参数估计的一致有界性.此外,在系统输出不显式地依赖于控制输入的条件下,研究了降维观测器的设计问题.仿真例子验证了本文理论结果的正确性.

基于干扰观测器的输入受限非线性系统鲁棒控制

针对一类单输入单输出非线性系统,提出了一种有效处理输入饱和及未知外部干扰的控制方法,并应用于近空间飞行器的控制设计。利用双曲正切函数及Nussbaum函数的特殊性质对输入饱和进行处理。通过干扰观测器实现对复合扰动的有效逼近。考虑到反步控制中存在的计算膨胀和虚拟控制信号光滑性的问题,结合反步法和动态面法设计了相应的控制器。通过Lyapunov分析证明了所设计的控制律可以使闭环系统所有信号半全局最终一致有界,且跟踪误差和干扰逼近误差最终有界。仿真结果证明了该方法的有效性。

一种基于最优未知输入观测器的故障诊断方法

针对含有未知输入干扰和噪音的不确定动态系统,使用全阶未知输入观测器(Unknown input observer,UIO)来消除干扰项,实现状态估计,结合Kalman滤波器算法来求解状态反馈矩阵,以使得输出残差信号的协方差最小,从而增强系统对噪声的鲁棒性,实现了一种基于最优未知输入观测器的残差产生器.采用极大似然比(Generalized likelihood ratio,GLR)的方法对残差信号进行评估,通过设定的阈值来提高诊断率.最后以风力发电机组传动系统出现加性传感器故障和乘性传感器故障为例,进行了残差信号的仿真,仿真结果说明了该方法的有效性.

具有未知输入干扰的观测器设计

提出一种全阶比例积分观测器。该观测器包含有估计误差的比例和积分回路 ,可同时得到状态和未知输入估计。分析了比例积分观测器的结构和估计性能 ,给出并证明了其存在条件 ,由于存在条件弱于未知输入观测器 ,该比例积分观测器可以更广泛地应用于基于观测器的技术方案。通过一个飞行器线性化模型 ,进行了比例积分观测器设计。仿真结果表明 ,比例积分观测器的估计性能优于常规