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航空学报 2022年第3期43卷 497-508页

作者：梁寒玉张文瀚王振华沈毅北京控制工程研究所北京100190 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为了对卫星飞轮故障进行提前预警,提出了一种基于集员估计的故障检测和预测方法。首先,基于飞轮的动态模型设计了一种基于中心对称多面体的故障检测方法。在检测出飞轮故障后,选取飞轮的电流数据作为故障特征,并采用线性模型或非线性模... 详细信息

为了对卫星飞轮故障进行提前预警,提出了一种基于集员估计的故障检测和预测方法。首先,基于飞轮的动态模型设计了一种基于中心对称多面体的故障检测方法。在检测出飞轮故障后,选取飞轮的电流数据作为故障特征,并采用线性模型或非线性模型来描述其退化规律。然后,提出了一种基于中心对称多面体的集员算法,对退化模型中的未知参数进行估计,并以此为基础预测未来时刻的故障,进而实现对飞轮故障的提前预警。最后,通过数值仿真,将所提出的方法和两种现有的故障预测技术进行了对比。仿真结果表明了所提方法的有效性和优越性。

关键词：卫星飞轮故障检测故障预测集员估计中心对称多面体

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集员卡尔曼滤波器在电机故障诊断中的应用

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控制理论与应用 2023年第10期40卷 1721-1729页

作者：王振华张文瀚崔骞沈毅哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

本文针对伺服电机提出了一种基于集员卡尔曼滤波器的故障诊断方法并进行了实际应用.首先,基于运动学关系和数据驱动技术构建了伺服电机的综合系统动态.之后,针对电机的位置–速度模型设计了一个中心对称多面体卡尔曼滤波器来检测位置传... 详细信息

本文针对伺服电机提出了一种基于集员卡尔曼滤波器的故障诊断方法并进行了实际应用.首先,基于运动学关系和数据驱动技术构建了伺服电机的综合系统动态.之后,针对电机的位置–速度模型设计了一个中心对称多面体卡尔曼滤波器来检测位置传感器和速度传感器是否发生故障.同时,针对电机的力矩–速度模型设计了一个中心对称多面体卡尔曼滤波器来检测力矩执行器故障和速度传感器故障.然后,基于上述的两个中心对称多面体卡尔曼滤波器提出了一种故障隔离律,可以定位出伺服电机故障部件的位置.最后,通过一个实际的伺服电机实验平台对所提出方法进行了应用,并验证了其可行性与有效性.

关键词：故障诊断伺服电机集员卡尔曼滤波器中心对称多面体

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切换系统的区间观测器设计研究

切换系统的区间观测器设计研究

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作者：马翔苏州大学

学位级别：硕士

随着控制理论的不断发展,研究的系统越来越复杂,系统的状态信息也越来越难以获取,但系统状态却又在系统的镇定、解耦、跟踪等方面有着不可替代的作用。因此,状态重构即状态观测器的概念被提出,随即便在线性系统中得到了验证,并被广泛用... 详细信息

随着控制理论的不断发展,研究的系统越来越复杂,系统的状态信息也越来越难以获取,但系统状态却又在系统的镇定、解耦、跟踪等方面有着不可替代的作用。因此,状态重构即状态观测器的概念被提出,随即便在线性系统中得到了验证,并被广泛用于研究各类综合问题中。此后,状态观测器有了长足的发展,各种形式层出不穷,设计方法更是数不胜数。在所提出的状态观测器中,一类抗干扰观测器,即区间观测器受到了研究者的青睐。与此同时,混杂系统一直以来都是挡在控制理论研究者们面前的一道难关,因此也就自然而然地成为了控制理论界的研究焦点和热点。切换系统作为一类重要的混杂系统,近年来受到了越来越多的关注。因此,针对切换系统进行区间观测器设计方法的研究有着重要的理论意义和实际的应用价值。本文的主要研究对象为切换系统,在此基础上提出有效的区间观测器设计方法,并通过仿真实验对设计的区间观测器进行验证。本文主要研究内容如下:1.针对含有不确定项的线性切换系统,结合Hx观测器设计方法和中心对称多面体估计方法,设计出一类新型的区间观测器。2.考虑了区间观测器与切换系统不同步的情形,使用Hx观测器设计方法和中心对称多面体估计方法设计出了一类异步切换系统的区间观测器。3.基于线性规划方法,分别针对线性切换系统和非线性切换系统给出了区间观测器设计方法,并使用多重线性协同Lyapunov函数进行了理论证明。4.将研究对象推广到含有不确定项的切换系统,并引入了有限时间有界的相关理论,基于线性规划方法,设计出了一类切换系统的有限时间区间观测器。本文主要创新点如下:1.将中心对称多面体方法引入到了区间观测器设计问题中,解决了当前区间观测器设计大多需要满足存在增益L使误差系统为正系统的条件,或者不满足时用坐标变换来转化的难题,降低了设计的保守性,同时也提高了区间观测器的精度。2.将非同步理论应用于切换系统的区间观测器设计,提出了切换系统的异步切换区间观测器的设计方法,扩大了区间观测器设计方法的适用范围,丰富了区间观测器设计理论。3.结合正系统理论和有限时间稳定理论,基于线性规划方法,给出了切换系统的有限时间观测器设计方法,克服了一般区间观测器在特定时间内无法控制误差界限的局限性,增强了区间观测器的适用性。

关键词：区间观测器切换系统中心对称多面体线性规划有限时间有界

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复杂马尔科夫跳变系统的区间估计

复杂马尔科夫跳变系统的区间估计

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作者：唐琦大连理工大学

学位级别：硕士

近些年来,状态估计已经成为现代控制理论中一个重要的研究课题,被广泛应用在系统镇定、过程辨识和最优控制等领域。然而很多情况下系统状态的完整信息不可获取,并且外部干扰使得状态估计值存在误差,因此对状态进行区间估计来替代点估计... 详细信息

近些年来,状态估计已经成为现代控制理论中一个重要的研究课题,被广泛应用在系统镇定、过程辨识和最优控制等领域。然而很多情况下系统状态的完整信息不可获取,并且外部干扰使得状态估计值存在误差,因此对状态进行区间估计来替代点估计更有实际意义。此外,马尔科夫跳变系统在描述物理系统的参数或结构突变上有着显著优势,因此具有马尔科夫跳变过程的系统研究受到了广泛关注。鉴于此,本文主要研究复杂马尔科夫跳变系统的区间估计问题,现将研究内容总结如下:(1)研究了转移概率部分未知的离散马尔科夫跳变系统的区间估计问题。首先,设计龙伯格观测器以建立误差动态系统,利用已知和未知转移概率之间的约束关系得到了误差动态系统随机稳定且具有H性能的充分条件。然后,通过解耦以及不等式的放缩,得到了状态观测器的设计方法,进而设计维数约束的时变中心对称多面体。利用时变的中心对称多面体,给出了估计区间上下界表达式。最后,通过数值仿真验证了该方法的有效性。(2)解决了信道带宽受限下转移概率部分不确定的离散马尔科夫跳变系统的区间估计问题。首先,引入对数量化器来减少带宽占用,在进行误差动态系统的随机稳定性和性能分析时,利用不确定转移概率的边界信息,得到了相应的充分条件。然后,推导出H观测器的存在性准则,进而建立起基于时变中心对称多面体的估计区间表达式。最后,通过数值仿真验证了所提方法的可靠性,并进一步探究了系统认知程度,量化密度以及中心对称多面体的阶数对估计误差的影响。(3)讨论了具有复杂半马尔科夫核的离散半马尔科夫分段仿射跳变系统的区间估计问题。首先,基于所考虑模型的复杂性,将误差动态系统写作增广系统的形式,分别从全路径和可允许路径分析的角度研究了增广系统满足指数均方稳定和L性能的充分条件,进而给出了L观测器的设计方法和状态估计区间的计算方式。此外,一种更具实用性的单步可允许路径分析方法被提出。最后,通过数值仿真验证了所提理论的有效性并说明了单步可允许路径分析的优越性。

关键词：离散马尔科夫跳变系统离散半马尔科夫跳变系统分段仿射系统区间估计中心对称多面体

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受扰离散时滞系统观测器设计与状态区间估计

受扰离散时滞系统观测器设计与状态区间估计

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作者：谢建豪河南理工大学

学位级别：硕士

计算机技术和精确控制工程技术的不断提高,使得精确模拟连续系统成为可能,从而带来离散系统理论的发展。而随着数字控制器的飞速发展和广泛应用,离散时间系统的研究得到了越来越多的关注。本文考虑了受扰离散时滞系统的观测器设计及区... 详细信息

计算机技术和精确控制工程技术的不断提高,使得精确模拟连续系统成为可能,从而带来离散系统理论的发展。而随着数字控制器的飞速发展和广泛应用,离散时间系统的研究得到了越来越多的关注。本文考虑了受扰离散时滞系统的观测器设计及区间估计问题,主要工作如下:首先,简要概括了国内外对离散系统区间估计方法研究现状,随后给出本文的一些重要预备知识。其次,针对具有外部干扰和测量噪声的恒定时延离散系统,通过一种输出变换将系统输出转化为不含噪声形式的等价输出系统,并对系统输出反馈分析的同时考虑时滞反馈,进而提出一种多重反馈鲁棒观测器设计方法,并基于误差动态系统中心对称多面体的可达性分析,实现系统状态的区间估计。随后,提出了一种将时滞状态信息增广到当前状态的补充方法,同时增广测量噪声并构造增广奇异系统,之后提出了一种状态、噪声联合估计未知输入观测器设计方法;基于Lyapunov稳定性理论,利用线性矩阵不等式技术,获得了观测器存在的充分条件,并结合误差系统可达性分析,实现系统状态区间估计。接着,为了进一步降低扰动对估计性能的影响,采用一种解耦技术来消除外部干扰的影响,设计了一种同时间接估计系统状态和测量噪声的解耦观测器,较H∞观测器有更好的估计性能;基于状态和测量噪声的点估计,结合可达性分析技术,得到了系统状态和测量噪声的区间估计。最后,将上述方法应用于四级化学反应器系统,利用MATLAB软件仿真验证了其有效性及可行性。文章的结尾部分对本文的工作内容进行了简要总结,同时也对对未来的研究方向及内容进行展望。图19幅,表1个,参考文献79篇。

关键词：离散系统区间估计中心对称多面体可达性分析解耦技术

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