基于自適應(yīng)觀測器故障診斷與容錯控制研究

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1、摘要木文研究了多輸入多輸出線性系統(tǒng)執(zhí)行器故障的調(diào)節(jié)問題和一類非線性系統(tǒng)故障調(diào)節(jié)問題，并在半物理飛控仿真平臺上對多輸入多輸出系統(tǒng)執(zhí)行器的故障調(diào)節(jié)算法進行了仿真實驗。文屮首先介紹了故障診斷與容錯控制的發(fā)展及現(xiàn)狀，同時對自適應(yīng)控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展給出了簡單的介紹。在自適應(yīng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，討論了基于自適應(yīng)觀測器的MIMO系統(tǒng)執(zhí)行器故障調(diào)節(jié)問題。該方法針對執(zhí)行機構(gòu)的增益損失，構(gòu)造增廣誤差在線的估計出執(zhí)行器機構(gòu)故障。增廣謀差不僅包括自適應(yīng)觀測器所獲得的反映故障信息的輸出殘差，述包括由輸入構(gòu)造的輔助誤差，利用該誤差信息設(shè)計了一種自適應(yīng)參數(shù)估計的算法估計執(zhí)行器故障，根據(jù)估計出的故障給執(zhí)行機構(gòu)以相應(yīng)

2、的補償，恢復(fù)系統(tǒng)的性能。進一步，文中針對一類非線性系統(tǒng)設(shè)計了故障調(diào)節(jié)算法。將一般形式的非線性模型化為輸出反饋型。針對該類系統(tǒng)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一致逼近任意非線性連續(xù)函數(shù)的性質(zhì)，構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)觀測器來獲取反映故障信息的殘差，采用Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了誤差系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并針對故障系統(tǒng)設(shè)計了具有容錯能力的控制律恢復(fù)系統(tǒng)的性能。最后將文中所提出的執(zhí)行器故障調(diào)節(jié)方法成功地應(yīng)用于半物理飛控仿真平臺，仿真結(jié)果表明了該方法的有效性。關(guān)鍵詞：故障調(diào)節(jié)、故障檢測、自適應(yīng)觀測器、非線性系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、飛控仿真ABSTRACTActuatorfaultaccommodationforMIMO(mul

3、tiple-input-multiple-output)systemandfaultaccommodationofakindofnonlinearsystemarestudiedinthisdissertation.Theproposedmethodofactuatorfaultaccommodationissimulatedinthesemi-physicalflightcontrolsimulationplatform.First,thehistoryandthedevelopmentofFDI(faultdetectionandisolation)andFTC(faulttoler

4、antcontrol)aresurveyed.Also,theadaptivecontroltechniqueandneuralnetworkareintroduced.Accordingtoadaptivecontroltheory,anewactuatorfaultaccommodationschemebasedonadaptiveobserverforMIMOsystemsispresented.Themethodestimatesthelossofactuatoreffectivenessbasedontheaugmentederror,whichiscomposedoftheo

5、utputestimationerrorgeneratedbyanadaptiveobserverandtheauxiliaryerror.Theactuatorfaultestimationcanbeusedtoreconfigurethecontrollawtorecoverthesystemperformance.Furthermore,afaultaccommodationmethodforaclassofnonlinearsystem,whichcanbechangedintooutput-feedbackform,isproposedusinganeural-network-

6、basedadaptiveobserver.Thesystemfaultscanbedetectedthroughtheresidualgeneratedbytheproposedobserver.Thestabilityofclosed-looperrorsystemisguaranteedbyLyapunovstabilitytheory.Thenthecontrollerisdesignedforthefaultysystemtorecoverthesystemperformance.Finally,themethodofactuatorfaultaccommodationforM

7、IMOsystemissuccessfullyappliedtothesimulationofSemi-physicalflightcontrolplatform,thesimulationresultsshowtheeffectivenessoftheproposedmethods.Keywords:Faultaccommodation,faultdetection,adaptiveobserver,nonlinearsystem