未知输入观测器

摘要： 现有研究成果大多仅考虑随机噪声或未知输入干扰单一存在的情况,实际工程中两者往往同时存在.在此背景下,本文针对一类含有未知输入干扰和随机噪声的非线性多智能体系统,提出了一种一致性控制协议方法.首先,针对单个智能体系统设计未知输入观测器以消除干扰项对状态估计的影响.参考Kalman滤波器算法来求解状态反馈矩阵,使得输出残差信号的协方差最小,从而增强系统对随机噪声的鲁棒性.然后,基于观测器的状态估计信息,设计了鲁棒一致性控制协议,并将其转化为线性矩阵不等式求解问题.最后,通过一个数值仿真证明了所提方法的正确性和有效性.

摘要： 为了解决电磁混合主动悬架在发生故障时导致的系统失稳现象,设计了一种多模式切换容错控制策略。分别建立了1/4车辆二自由度悬架模型、直线电机数学模型及电磁阀减振器多项式模型。采用未知输入观测器对悬架状态进行估计,以悬架系统簧载质量加速度为正常状态切换条件,以簧载质量加速度残差和稳定模块为故障状态切换条件,设计了一种多模式切换容错控制策略。仿真分析了多模式切换容错控制策略下悬架的动态性能,并开展台架试验。试验结果表明:在多模式切换容错控制下,簧载质量加速度均方根值相比故障状态降低31.35%;多模式切换容错控制策略可以实现悬架在正常状态与故障状态的模式切换,且悬架的动态性能得到改善。

摘要： 风力机一般放置在恶劣的环境中,其桨距执行器极易出现故障。文中针对一类含有未知但有界干扰和噪声的风力机系统的桨距执行器故障问题,设计了集员未知输入观测器对桨距的执行器故障进行检测并分离。采用气动机理和现代辨识原理建立风力机系统模型,通过优化未知输入观测器设计对系统中的干扰解耦,基于中心对称多胞体估计不考虑故障时残差的区间包络,并将其作为残差估计的上下动态阈值,实现状态估计。在上述基础上提出了利用一组集员未知输入观测器进行故障诊断的策略。仿真结果表明,在实验过程中,文中所设计的集员未知输入观测器准确地诊断出了风力机桨距执行器的3阶和5阶线性系统在发生突变故障和缓慢时变故障的时间和位置,证明了所提故障诊断策略的有效性。

摘要： 为了有效地处理鲁棒估计产生的误差,为系统提供可靠的估计信息,针对一类具有未知输入的线性离散时间马尔科夫跳变系统(Markov jump systems,MJS),提出了一种新的状态区间估计方法。设计一个降维未知输入观测器,实现系统状态的观测,并以线性矩阵不等式的形式给出了观测器存在的充分条件,确保误差系统随机稳定,且具有较好的H∞干扰抑制性能。基于设计的降维未知输入观测器,提出了一种利用中心对称多胞体(zonotope)的方法来近似状态边界,从而获得系统状态的区间估计,使所获得的系统的状态值更加准确。通过一个数值仿真验证了所提方法的有效性。

摘要： 针对整车电磁混合悬架某一作动器发生故障,提出了一种故障诊断与容错控制方法。建立了整车7自由度模型和故障悬架模型,采用LQG控制器作为电磁混合主动悬架的常规控制器,采用未知输入观测器获取悬架的状态观测值。基于获取的悬架动挠度残差,设计了逻辑模块和稳定模块对悬架进行故障诊断。仿真分析了容错控制策略下悬架在时域和频域范围内的动态特性。结果表明:在时域和频域范围内,悬架动挠度、车身垂向加速度、俯仰角加速度、侧倾角加速度均有改善,车辆的平顺性与安全性得到提升。最后,进行了整车电磁混合悬架容错控制实车试验,试验结果表明:在容错控制下,左前悬架动挠度改善了43.736%,车身垂向加速度改善了40.325%,验证了该容错控制方法的有效性。

摘要： 针对同时含有未知输入和测量干扰的不确定系统研究了全维和降维观测器设计问题.首先,利用待定系数法给出了全维观测器的结构和存在条件.该条件完全由原系统的系统矩阵给出,易于检验.对于降维观测器,为了消除测量干扰的影响,提出了一种新的测量输出构造方法,使得新构造的测量输出不再包含干扰信号.此外,证明了全维和降维观测器存在条件的内在统一性,即全维观测器所需要满足的观测器匹配条件和强可检测条件在研究降维观测器所要讨论的新的系统中都可以得到保持.因而,在全维观测器存在条件下,也可以设计一个相应的降维观测器.最后,给出了一个数值例子验证所提方法的有效性.

摘要： 针对观测器匹配条件满足情况下的线性定常和时变系统未知输入重构问题,利用系统键合图模型提出了一种未知输入观测器设计方法.首先,利用系统未知输入广义逆矩阵构建线性系统状态与未知输入观测器以对未知输入进行重构.该观测器设计方法可分别应用于线性定常与时变系统.选取一直流电机为研究对象,分别建立线性定常与时变系统键合图模型并利用MATLAB对所设计的未知输入观测器进行仿真研究.仿真结果表明,所设计的未知输入观测器可以实现对匹配条件满足情况下的线性定常和时变系统未知输入进行有效的观测.

摘要： 本文对离散时间非线性Markov跳变系统研究了未知输入观测器(UIO)设计问题.所提出的未知输入观测器具有较为新颖的结构.在文中给出了基于Lyapunov函数的未知输入观测器设计的可行性条件,并将其转化为一组线性矩阵不等式(LMI)条件,便于利用软件的相关工具箱进行参数求解.最后通过对车辆横向动力学模型的数值仿真,验证了该方法的有效性与实用性.

摘要： 本文针对四旋翼无人机姿态控制系统执行器发生的故障,设计未知输入观测器并基于中心对称多胞体实现故障检测。首先,利用泰勒展开对无人机非线性系统模型进行离散化处理,将执行器故障项视为干扰项,利用未知输入观测器来进行干扰解耦;其次,采用中心对称多胞体计算检测的残差阈值,通过比较四旋翼无人机系统产生的执行器故障残差与阈值区间完成故障检测;最后,基于MATLAB仿真平台,验证了所提出的无人机姿态控制执行器系统的故障检测的有效性。

摘要： 本文针对四旋翼无人机姿态控制系统执行器发生的故障,设计未知输入观测器并基于中心对称多胞体实现故障检测.首先,利用泰勒展开对无人机非线性系统模型进行离散化处理,将执行器故障项视为干扰项,利用未知输入观测器来进行干扰解耦;其次,采用中心对称多胞体计算检测的残差阈值,通过比较四旋翼无人机系统产生的执行器故障残差与阈值区间完成故障检测;最后,基于MATLAB仿真平台,验证了所提出的无人机姿态控制执行器系统的故障检测的有效性.

摘要： 针对复杂武器系统基于解析模型的故障诊断问题,运用切换系统模型描述模态时变的武器系统,将建模误差作为未知输入,并利用未知输入观测器与标称系统解耦合.建模时同时考虑未知扰动与系统噪声,采取Kalman滤波思想在线求取观测器的状态反馈矩阵,利用极大似然估计设定阈值并评估残差,用以降低故障诊断虚警率,最后通过某切换系统仿真实例给出了该故障诊断方法的诊断结果.

摘要： 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来消除干扰项，实现状态估计，使用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，实现了一种最优未知输入观测器；设计基于该观测器的残差生成器，采用极大似然比的方法对残差信号进行评估，进行故障检测与隔离，达到故障诊断的目的。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，仿真结果说明了方法的有效性。

摘要： 本文对基于模型的故障检测与诊断中的虚警问题进行了研究,系统地分析了其发生机理,给出了一种基于未知输入观测器生成残差的方法,该方法能够在确保故障检测率要求的同时,使虚警率最小,仿真结果验证了方法的有效性.

摘要： 针对具有未知干扰输入的时滞系统，提出一种基于Luenberge型未知输入观测器的鲁棒故障检测与分离(RFDI)的完全参数化方法。利用最近的结果，基于观测器矩阵的特征值及一组自由参数向量，分别给出了系统干扰解耦和故障分离的充要条件。通过适当地选择满足一些约束的自由参数，仅使用单一观测器实现了鲁棒故障检测与分离设计目标。该方法提供了所有设计自由度。一个数值例子证明了该方法的有效性。

摘要： 基于未知输入观测器设计和等价控制的概念,本文讨论了一类非线性系统传感器故障的鲁棒故障诊断问题.首先引入若干积分变量对该类非线性系统进行扩维;然后针对扩维后的系统设计基于变结构的未知输入观测器;最后,由等价控制的概念直接重构得到传感器故障.仿真结果表明等价控制能够较好地重构传感器故障.

摘要： 为了重构Markov跳跃系统中存在的执行器故障,提出了一种基于鲁棒未知输入观测器(unknown input observer,UIO)的故障重构方法,为满足实际需要,研究的Markov跳跃系统具有利普希茨(Lipschitz)非线性特性.为了准确估计系统的状态和故障,用观测器估计值与系统真实值构建残差系统,并对残差系统进行稳定性分析,考虑到系统中不完全解耦的未知输入和输出噪声会影响观测器的准确性,通过H∞性能指标方法抑制这些不利干扰,最后通过李雅普诺夫稳定理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法求解出未知输入观测器的增益矩阵.F-404飞行器引擎模型数值仿真的结果表明,观测器能够很好地估计系统故障的大小、形状和变化过程.

摘要： 本发明公开一种基于未知输入观测器的二级化学反应器故障检测方法，根据质量守恒原理构造二级化学反应器模型；考虑时滞、干扰、不确定性和故障的情况，给出系统状态方程的一般表达式；设计未知输入观测器，给出误差动态方程；当不确定项等于零时，得到参考残差模型，给出其渐进稳定且同时具有较佳鲁棒性以及敏感性的充分条件，得出参考残差模型参数；给出系统渐进稳定的充分条件，构造增广系统，并给出其渐进稳定的充分条件，得出未知输入观测器以及实际参考残差模型参数；设计评价函数、阈值，并给出故障决策逻辑。本发明中设计的故障检测方法，对未知输入具有鲁棒性，对故障也具有较高的敏感性，能够实现对二级化学反应器系统的故障检测。

摘要： 本发明公开了一种基于未知输入观测器的降压型直流变换器滑模控制方法，包括以下步骤：(1)建立带有匹配扰动和非匹配扰动的降压型直流变换器系统模型，初始化系统状态及控制参数；(2)设计未知输入观测器，用于估计伺服系统中所包含的匹配扰动和非匹配扰动，得到匹配扰动和非匹配扰动的估计值；并验证所述估计值是否能跟踪上实际扰动值；(3)根据匹配扰动和非匹配扰动的估计值设计滑模控制器，控制降压型直流变换器系统输出稳定的电源电压。本发明能够有效消除由非匹配扰动引起的干扰问题，并在一定程度上提高系统的鲁棒性，使降压型直流变换器的输出电压能够稳定到期望的输出电压值。

摘要： 本发明涉及故障诊断技术领域，公开了一种基于未知输入观测器的离散切换系统的鲁棒故障估计方法，将原离散切换系统的状态向量和故障向量整合为增广系统的状态向量，得到增广系统；基于P半径技术，设计一个未知输入观测器(UIO)来估计增广系统的状态和故障；给出假设条件，利用线性矩阵不等式技术和Schur补引理对观测器进行求解；对故障估计误差进行分析。与现有技术相比，本发明针对离散切换系统基于P半径技术设计未知输入鲁棒故障估计观测器，利用线性矩阵不等式技术和Schur补引理对观测器进行求解并对故障估计误差进行分析，以保证误差系统的稳定，故障估计对未知输入干扰具有完全鲁棒性，该方法与其他传统方法相比，具有更精确的边界和更高的效率。

摘要： 本发明涉及化工技术领域，公开了一种基于未知输入观测器的化工液位控制系统故障检测方法，包括1)建立连续时间切换系统模型，完成准备工作；2)涉及故障检测观测器，进行鲁棒性与敏感性分析，得到其增益矩阵；3)设计阈值评估系统是否发生故障。与现有技术相比，本发明能在线检测出发生的故障并且准确地对故障进行估计，具有高敏感性和较强的鲁棒性，得到有效的H∞/H‑条件，实现了故障诊断系统对外部扰动的消除，满足对系统进行在线故障检测。

摘要： 本发明的实施例提供了一种基于自适应未知输入观测器的快速故障估计方法及设备。所述方法包括建立动态控制系统的非线性系统模型；根据所述非线性系统模型的增广状态向量建立增广系统模型；根据所述增广系统模型建立自适应未知输入观测器，使所述自适应未知输入观测器满足第一条件；计算增广状态估计误差和执行器故障估计误差；通过线性矩阵不等式对所述自适应未知输入观测器进行误差优化，计算优化后的观测器参数；对所述非线性系统模型的执行器故障以及传感器故障进行估计。以此方式，可以使得动态控制系统在发生故障后，能够及时得到故障信息及具体的故障情况，在尽可能准确估计故障幅值的同时抑制外部干扰对故障估计结果的影响。

摘要： 本发明公开一种基于未知输入观测器的二级化学反应器故障检测方法，根据质量守恒原理构造二级化学反应器模型；考虑时滞、干扰、不确定性和故障的情况，给出系统状态方程的一般表达式；设计未知输入观测器，给出误差动态方程；当不确定项等于零时，得到参考残差模型，给出其渐进稳定且同时具有较佳鲁棒性以及敏感性的充分条件，得出参考残差模型参数；给出系统渐进稳定的充分条件，构造增广系统，并给出其渐进稳定的充分条件，得出未知输入观测器以及实际参考残差模型参数；设计评价函数、阈值，并给出故障决策逻辑。本发明中设计的故障检测方法，对未知输入具有鲁棒性，对故障也具有较高的敏感性，能够实现对二级化学反应器系统的故障检测。

摘要： 本发明公开了一种基于未知输入观测器的降压型直流变换器非奇异终端滑模控制方法，所述控制方法包括以下步骤：(1)建立降压型直流变换器系统模型，初始化系统状态及控制参数；(2)设计未知输入观测器，估计系统的集总扰动，未知输入观测器的估计误差在有限时间内收敛到平衡点邻域附近；(3)根据系统的集总扰动设计非奇异终端滑模控制器，控制降压型直流变换器系统输出稳定的电源电压。本发明提供的控制方法在非奇异终端滑模控制器的基础上利用未知输入观测器对扰动进行观测，估计系统的集总扰动，并通过滑模控制器进行前馈补偿，使得最后系统能够快速稳定地输出理想电压。

摘要： 本发明公开了一种基于未知输入观测器的降压型直流变换器滑模控制方法，包括以下步骤：(1)建立带有匹配扰动和非匹配扰动的降压型直流变换器系统模型，初始化系统状态及控制参数；(2)设计未知输入观测器，用于估计伺服系统中所包含的匹配扰动和非匹配扰动，得到匹配扰动和非匹配扰动的估计值；并验证所述估计值是否能跟踪上实际扰动值；(3)根据匹配扰动和非匹配扰动的估计值设计滑模控制器，控制降压型直流变换器系统输出稳定的电源电压。本发明能够有效消除由非匹配扰动引起的干扰问题，并在一定程度上提高系统的鲁棒性，使降压型直流变换器的输出电压能够稳定到期望的输出电压值。

摘要： 一种基于未知输入观测器技术的桥式吊车滑模控制方法，建立桥式吊车系统的动力学模型，初始化系统状态及控制参数；设计未知输入观测器；设计双层双曲趋近律；基于未知输入观测器和双层双曲趋近律，设计滑模控制器。本发明能够有效解决不同持续性非匹配扰动条件下桥式吊车的快速定位问题，有效抑制桥式吊车的负载残余摆动，保证控制输入的平稳。

摘要： 本发明公开了基于未知输入观测器的智能交通虚假数据攻击检测方法，属于智能交通中车联网安全技术领域，包括以下步骤：Step 1:建立智能车联网的物理动态模型；Step 2:引入具有欺骗特性的传感器虚假数据注入攻击；Step 3:设计信息‑物理攻击下的未知输入观测器并计算状态残差；Step 4:基于式(5)设计替代现有检测机制中经验阈值的自适应阈值；Step 5:设定基于自适应检测阈值和状态残差的检测准则；本发明通过状态残差和自适应阈值的比较，可以检测智能网联车系统是否存在虚假数据注入攻击。