基于PMI的三轴惯性稳定平台干扰力矩补偿方法研究

针对未知干扰力矩严重影响航空遥感三轴惯性稳定平台稳定精度这一问题,对平台未知干扰力矩进行估计与补偿。将干扰力矩视为一类执行器故障,给出了一种比例多重积分(PMI)观测器设计方法,利用PMI观测器实时估计出未知干扰力矩,通过前馈控制器进行补偿。最后对传统PID控制和基于PMI观测器的前馈补偿控制分别进行了仿真分析和实验对比。结果表明:与传统PID控制相比该方法有效地抑制了干扰力矩的影响,提高了平台的动态特性和稳态性能,能更好的满足航空遥感对地观测的重大需求。

基于比例多重积分观测器的三轴惯性稳定平台加速度计测角误差估计

航空遥感三轴惯性稳定平台用于有效隔离飞行载体的偏航及姿态角运动,使成像载荷沿航向平稳飞行并保持载荷视轴对地垂直指向。通常情况下,稳定平台采用高精度位置姿态测量系统(Position and Orientation System,POS)作为姿态角传感器,一旦POS发生故障会导致平台失稳甚至危及载荷安全。为了提高平台运行可靠性并保证载荷安全,考虑了一种以加速度计作为姿态角冗余传感器的双工作模式,即POS组合工作模式和自主工作模式。当POS发生故障时平台切换到自主工作模式,依靠平台自身加速度计组件进行姿态控制。但与POS相比,加速度计测角易受载体扰动加速度影响从而导致测角误差较大,严重影响平台的稳定精度。针对这一问题,提出了一种基于比例多重积分(Proportional and Multiple-integral,PMI)观测器的加速度计测角误差估计方法,对平台系统建模及PMI观测器的设计过程进行了详细的论述,并利用真实飞行实验数据进行了性能测试。结果表明该方法对实际误差的估计精度达到0.0701°(RMS),可较好的估计出加速度计测角误差,为提高平台自主工作模式的稳定精度奠定基础。

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。

奇异模糊系统基于等价空间的故障检测

研究一类用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型描述的离散奇异系统基于等价空间的故障检测问题,引入反映故障先验信息的参考故障模型,提出一个基于Frobenius范数的残差产生器设计性能指标,将故障检测问题归结为求解一个最小化问题,并给出等价矩阵的线性矩阵不等式求法.该算法能保证残差在实现故障检测的同时对干扰具有最大的鲁棒性.最后,算例仿真验证了所提出方法的有效性.

一类连续时间Markov跳跃系统鲁棒H_∞故障估计

研究了受L2范数有界未知输入影响的一类线性连续时间Markov跳跃系统鲁棒H∞故障估计问题.应用自适应观测器作为故障估计器,将鲁棒H∞故障估计问题归结为随机H∞滤波问题.推导并证明了问题可解的充分条件,并通过求解线性矩阵不等式得到了H∞故障估计器参数矩阵的解.最后,数字算例验证了所提方法的有效性.

线性连续时变系统H_∞故障检测滤波器设计

将一类线性连续时变系统的基于观测器的故障检测问题归结为H∞滤波问题.将H∞故障检测滤波器设计问题等价为求一类不定二次型的最小值,并使最小值大于零的问题.引入相应的格林空间随机系统,应用格林空间投影理论和新息分析方法,得到了不定二次型的最小值及其存在条件.通过分析不定二次型最小值存在条件和确保不定二次型最小值大于零,给出了H∞故障检测滤波器存在的充要条件,得到了基于微分黎卡提方程的故障检测滤波器参数矩阵.算例验证了所提出方法的有效性.

基于综合重构的故障辨识方法研究

针对基于主元分析的多变量统计过程监控中,故障难以准确识别的问题,通过定义相对故障分离能力指标,与传统的基于重构的故障辨识方法的故障分离能力进行比较,发现传统方法仅利用残差子空间或主元子空间中包含的故障信息,很难有效地实现故障的识别.在此基础上,提出了一种基于综合重构的故障辨识方法,将传统基于重构的故障辨识方法的故障分离能力有效组合在一起,提高了基于主元模型的故障识别的准确性.以三容液位控制系统为对象,对其5类典型的故障进行在线监控分析,并验证了所给方法的有效性.