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现代制造工程 2022年第3期 29-34页

作者：雷根平王艳丽河南机电职业学院信息工程学院郑州451191 河南科技大学软件学院洛阳471003

为了提高机器人手臂系统在饱和约束和电机故障下的控制精度,提出了一种最优容错控制策略。首先建立了机器人手臂故障模型,然后设计了故障观测器对故障值进行估计,并提出包含电机故障与饱和约束的性能指标,最终利用神经网络准确估计出性... 详细信息

为了提高机器人手臂系统在饱和约束和电机故障下的控制精度,提出了一种最优容错控制策略。首先建立了机器人手臂故障模型,然后设计了故障观测器对故障值进行估计,并提出包含电机故障与饱和约束的性能指标,最终利用神经网络准确估计出性能指标,从而得到了最优容错控制策略。MATLAB环境下仿真结果表明,所设计的最优容错控制策略与自适应容错控制方法相比具有更优的控制效果,能够在0.2 s内稳定跟踪指令信号,最大跟踪误差仅为0.9°,同时输出力矩始终满足饱和约束要求,所设计的故障观测器能够在0.2 s内准确估计出故障值,最大估计误差仅为0.2 N·m,大幅提高了机器人手臂系统的控制精度。

关键词：机器人手臂执行器饱和约束电机故障故障观测器最优容错控制

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基于滑模故障观测器的风能转换系统双频环最优容错控制

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电力自动化设备 2011年第1期31卷 89-94页

作者：王萧王艳纪志成江南大学电气自动化研究所江苏无锡214122

为提高风能转换系统在复杂恶劣的环境下正常运行的能力,针对未知故障,设计了基于滑模故障观测器的最优容错控制器。根据风速的多时间尺度特性,建立风能转换系统非线性机理模型。考虑传感器故障,建立风能转换系统的变桨距双频环模型。低... 详细信息

为提高风能转换系统在复杂恶劣的环境下正常运行的能力,针对未知故障,设计了基于滑模故障观测器的最优容错控制器。根据风速的多时间尺度特性,建立风能转换系统非线性机理模型。考虑传感器故障,建立风能转换系统的变桨距双频环模型。低频环采用PI稳态优化控制方法,高频环利用滑模故障观测器对未知故障和系统状态进行检测,采用最优容错控制方法,以保证传感器发生故障时系统的正常运行,实现了额定风速以下风能的最大捕获。仿真结果验证了所提方法的有效性。

关键词：风能转换系统双频环变桨距最优容错控制滑模故障观测器

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受扰奇异摄动系统的最优容错控制

受扰奇异摄动系统的最优容错控制

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作者：路少颖北方工业大学

学位级别：硕士

在航天、化工、电力及力学等工程技术领域常存在时间尺度不同的动力系统,控制理论中将这类具有多时标特征的系统抽象成奇异摄动系统来研究。在实际工业中,被控对象和控制器以及传感器执行器的工作状况都将影响其控制性能,而运行过程中... 详细信息

在航天、化工、电力及力学等工程技术领域常存在时间尺度不同的动力系统,控制理论中将这类具有多时标特征的系统抽象成奇异摄动系统来研究。在实际工业中,被控对象和控制器以及传感器执行器的工作状况都将影响其控制性能,而运行过程中元器件的老化和一些意外的发生不可避免。除此之外,伴随着工业系统规模日趋庞大,其控制要求日渐精细复杂,系统中普遍存在的不确定和时滞及外部干扰等因素不容忽视。基于上述原因,本文研究了具有传感器及执行器故障的不确定时滞受扰奇异摄动系统的最优故障估计与最优容错控制问题,主要内容如下:（1）研究了具有传感器故障的受扰奇异摄动系统的最优故障估计。首先,通过合理构建增广矩阵将系统的故障估计问题转化为H∞控制问题,基于Lyapunov稳定性定理给出了满足观测器设计要求的充分条件。然后提出多目标优化算法同时优化系统的稳定上界和H∞性能指标。最后,结论的正确性与可行性在数值算例中得以验证。（2）研究了具有执行器和传感器故障的不确定时滞受扰奇异摄动系统的最优故障估计。首先通过合理构建增广系统使得H∞性能指标表征有限能量扰动的衰减能力,采用同上的方法给出故障估计器的设计方法。进而,基于多目标优化算法保证系统的最大稳定上界和最佳抗扰能力。最后在数值算例中选取不同的摄动参数,通过对比不同取值下的故障估计误差验证多目标优化算法的正确性与有效性。（3）研究了具有执行器和传感器故障的不确定时滞受扰奇异摄动系统的最优鲁棒H∞保性能容错控制。针对此类复杂系统,选取时滞与摄动参数依赖的Lyapunov-Krasovskii泛函推导出有记忆状态反馈控制器存在的充分条件,使闭环系统满足鲁棒H∞保性能容错控制的三条性质。对于系统中状态和故障向量不可测的难题,采用故障估计器的结果作为容错控制器的输入。此外,将本章中的H∞性能指标和二次型性能指标上确界的最小值求解转化为线性矩阵不等式约束下的凸优化问题,基于线性矩阵不等式工具箱求解最优鲁棒H∞保性能容错控制律,并在算例分析中选取同系统故障估计的参数以验证最优鲁棒H∞保性能容错控制律设计的正确性与有效性。

关键词：奇异摄动系统扰动故障估计多目标优化最优容错控制

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奇异系统的故障诊断和最优容错控制

奇异系统的故障诊断和最优容错控制

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作者：赵培君郑州大学

学位级别：硕士

本文针对奇异系统开展了故障诊断和容错控制研究。由于奇异系统不仅具有微分方程所描述的动态约束,并且具有代数方程所描述的静态约束,所以奇异系统对物理系统的描述更具有一般性。因此对奇异系统的故障诊断和容错控制方法研究有着重要... 详细信息

本文针对奇异系统开展了故障诊断和容错控制研究。由于奇异系统不仅具有微分方程所描述的动态约束,并且具有代数方程所描述的静态约束,所以奇异系统对物理系统的描述更具有一般性。因此对奇异系统的故障诊断和容错控制方法研究有着重要意义。本文首先对故障诊断和容错控制的研究现状进行了概述,然后利用自适应观测器故障诊断方法和最优容错控制方法对线性奇异时不变系统进行了故障诊断和容错控制研究,该方法实现了线性时不变奇异系统的故障诊断和容错控制。并对线性奇异时变系统进行了有益的尝试,本文提出了一种满足二次型性能指标的最优容错控制方法,该方法只需通过求解黎卡提方程即可获得系统的最优容错控制律,且通过仿真证明了该方法的有效性。最后介绍了基于一类非线性奇异系统的增广观测器进行故障诊断和容错控制的方法。此处非线性是满足Lipschitz条件或者Lipschitz常数有上界的。该方法对一类更广泛的故障设计了增广的故障观测器,扩大了可检测的故障范围。最后对非线性奇异系统进行了容错控制律设计,仿真结果表明了该方法的有效性。本文主要的研究内容具体有以下几个方面： 1.首先对国内外故障诊断与容错控制的研究现状进行了综述,并对奇异系统的故障诊断与容错控制的方法也进行了归纳。 2.针对线性时不变系统,采用基于自适应观测器的故障诊断方法。并根据故障的估计信息进行最优容错控制律的设计。 3.针对线性时变奇异系统,仍采用最优容错控制方法进行容错控制,提出了一种满足二次型性能指标,通过求解黎卡提方程来求得系统最优容错控制律的方法。 4.针对一类非线性奇异时不变系统进行了故障诊断和容错控制研究。首先提出一类增广矩阵故障观测器,然后通过故障和系统状态信息和线性不等式技术求得系统容错控制律。 5.最后对本文的主要工作进行了总结,并对今后的研究方向进行了展望。

关键词：奇异系统故障诊断最优容错控制

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风能转换系统的双频环最优容错控制

风能转换系统的双频环最优容错控制

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第二十九届中国控制会议

作者：王萧王艳纪志成江南大学电气自动化研究所

针对风能转换系统(WindEnergyConversionSystem,WECS),根据风速的多时间尺度特性,在风能转换系统非线性机理模型的基础上,考虑传感器和执行器发生故障的情况下,建立风能转换系统的双频环模型;基于双频环模型,低频环采用PI稳态优化控制方... 详细信息

针对风能转换系统(WindEnergyConversionSystem,WECS),根据风速的多时间尺度特性,在风能转换系统非线性机理模型的基础上,考虑传感器和执行器发生故障的情况下,建立风能转换系统的双频环模型;基于双频环模型,低频环采用PI稳态优化控制方法,高频环通过降维故障观测器对未知故障状态和系统状态进行检测,并采用最优容错控制方法,从而实现额定风速以下风能的捕获率最大,并且在传感器和执行器发生故障时系统仍然能够正常运行。仿真结果表明,在传感器和执行器发生故障的情况下,文中提出的方法是有效的。

关键词：风能转换系统双频环最优容错控制降维故障观测器

来源： cnki会议评论

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两类系统的容错控制器设计与故障诊断研究

两类系统的容错控制器设计与故障诊断研究

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作者：时贵交哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着现代化及信息化的不断发展,人们在对于现代工业控制系统的性能指标的要求也随之有了不断提高,并且在越来越关注系统的安全性的同时,对系统的可维护性、系统的故障诊断及其容错控制的要求也越来越高。系统的故障诊断及其容错控制器... 详细信息

随着现代化及信息化的不断发展,人们在对于现代工业控制系统的性能指标的要求也随之有了不断提高,并且在越来越关注系统的安全性的同时,对系统的可维护性、系统的故障诊断及其容错控制的要求也越来越高。系统的故障诊断及其容错控制器设计问题已成为研究的热点,并且取得了显著的成果。本文主要针对几类不同的系统,利用线性系统及矩阵理论知识对几种常见的故障进行了研究。文章首先介绍了所研究课题的背景与意义,故障诊断与容错控制的相关概念及其诊断方法和课题的研究现状、研究中存在的问题及其未来发展展望。随后又介绍了所研究课题涉及的线性系统理论知识,矩阵论知识和性能指标的相关基础知识。本文的创新性工作有:（1）针对一类含有特定的不可测量故障多时滞系统,研究其故障诊断和最优容错控制器设计问题,基于给定的多时滞系统设计出在有故障时的最优容错控制律,并证明其存在唯一性。为了解决该系统故障不可测性及最优容错控制率不可实现性问题,构造出一种增广的降维状态观测器,进而设计出对应的故障诊断器。最后我们结合数值算例验证了所得结论的有效性。（2）对系统内的故障诊断问题进行了初步的研究。首先对于给定的非时变系统,给出两种进行系统故障诊断的方法,并进行了对比分析;其次选用基于积分运算方法来进行系统内故障诊断,针对系统矩阵的相似矩阵的不同情况分别给出了要进行故障诊断的命题,然后给出了进行系统故障诊断相应的定理;最后给出了故障范围界定的方法,以使得系统故障在此范围内时均能利用基于积分运算方法被诊断出,并结合仿真实例得以验证。

关键词：故障诊断执行器和传感器最优容错控制系统故障

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