基于迭代学习观测器的容错控制

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基于逆系统迭代学习观测器的故障调节方法

李炜，任波，毛海杰
（兰州理工大学电气工程与信息工程学院，兰州７０５）３００
摘
要：针对一类满足Ｌｐｃｉ条件的多输入多输出非线性可逆系统执行器故障问题，出了一种基于迭代学ｉｈｚｓｔ提
习观测器的逆系统内模故障调节方法。引入ＰＤ型迭代学习策略，设计了迭代学习故障诊断观测器，用于对执行
ｍｏｅｏｋｅｈｏｌｅｒｓｓｍｌｎｏｎｃｅｙｉｖｒｅｍｏｅｓｕｏｌｅｒａｉｎ，ｎ，ｏｉｅｎｅｎｌｍｏｅｏ — ｄｌｅｐｔｅｎｎｉａｙｔｐａｔｎｅｔｄｂｅｓｄｌｅｄ — ｎａｉｔｔｎｅｃｎｐｉｚｏａｄｃｍｂｎｄｉｔｒａｄｌｎｃｔｌｏｃｒａｌｔｌｒｎｏｔｌｏｅｐｅｄ－ｎａｉｔｎｓｓｅｒａｒｆｕｔｏｅａｔｃｎｒｆｔｓｕｏｌｅｒａｉｙｔｍ．Ｆｎｌｏｔｙｏｈｉｚｏｉａｌｙ，ｓｍｕａｉｎｒｓｈｈｗｔｅｅｆｃｉｅｅｓｏｅｉｌｔｃｕｓｓｏｈｆｔｎｓｆｔｏｅｖｈ
Ｃａｓｍｅｈｄｏａｌａｃｍｍｏａｉｎｂｓｄｏｎｅｓｙｔｍｌｓｔｏｆｕｔｃｏｆｄｔａｅｎｉｖｒｅｓｓｅｏ
ｉｅａｉｅｌａｎｎｂｅｖｒｔｒｔｖｅｒｉｇｏｓｒｅ
ＬｉＲＮＢ，ＯＨｉｉＩＷｅ，ＥｏＭＡａ－ｅｊ

基于迭代学习观测器的卫星姿态控制系统的鲁棒容错控制

３ｃｏｌｆｓｏａｔｓａｂｎＩｓｔｔｏｅｈｏｏ，Ｈｒｉ１００，ｈｎ）．Ｓｈｏｏｔｎｕｉ，ＨｒｉｎｔｕｅｆｃｎｌｇＡｒｃｉＴｙａｂｎ５０１Ｃｉａ
ＡｓａｔＢｓｄｏｔａｖｅｒｉｇｕｋｏｎｉｐｔｏｓｒｅＩ—Ｉ，ａｒｕｔｆｌｔｌａｔｃｎｒｌｓｈｍｓｂｔｃ：ａｅｎＩｒｔｅｌｎ —ｎｎｗｎｕｂｅｖｒ（ＬＵＯ）ｏｓａｔｏｒｎｏｔｃｅｅｉｒｅｉａｎｂｕ— ｅｏ
卜
其中（。ｑ’表示姿态四元数，，ｑ，）Ｊ表示３阶单位阵。陀螺作为惯性测量元件，卫星姿控系统中常．在被用来测量卫星姿态角速度，考虑存在陀螺漂移，其
测量方程如下：
＝＋叼（）３
代学习观测器的非线性故障诊断方法，该方法没但有考虑空间干扰力矩的影响，乏一定的鲁棒性。缺未知输入观测器（Ｉ，ＵＯ）具有良好的鲁棒性，故障在
第３３卷第８期
２１０２年８月
宇
航８１３
．
Ｊｕｎ１ｏｔｎｕｉｓｏｒａｆＡｓｒａｔｏｃ
Ａｕｕｓ２２ｇｔ０１
基于迭代学习观测器的卫星姿态控制系统的鲁棒容错控制
第８期
管
宇等：基于迭代学习观测器的卫星姿态控制系统的鲁棒容错控制
１８０１
动补偿故障的影响，而保证系统的稳定性并尽可从

基于自适应迭代学习的小行星绕飞容错控制

一
种基于自适应送代学习的容错控制方法。所设计的控制器包括两部分：其一针对执行器故障，设
计了自适应迭代学习控制器，采用类滑模的思想和自适应迭代学习算法对控制器参数进行调整，进而补偿执行器故障带来的影响，保证系统在控制输出不足情况下的高精度姿态稳定性；其二针对探
ｈｔｔｐ：／／ｚｇｋｊ．ｃａｓｔ．ｏｎ
ＤＯＩ：１０．１６７０８／ｊ．ｃｎｋｉ．１０００ — ７５８Ｘ．２０１７．０００２
基于自适应迭代学习的小行星绕飞容错控制
关键词：小行星探测器；容错控制；自适应迭代学习；神经网络；执行器故障中图分类号：Ｖ４４８．２文献标识码：Ａ
Ａｄａｐｔｉｖｅｉｔｅｒａｔｉｖｅｌｅａｒｎｉｎｇｂａｓｅｄｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒａｓｔｅｒｏｉｄｏｒｂｉｔｉｎｇ
收稿日期：２０１６－０９ — １３；修回日期：２Ｏ１６～ｌ２ — ２３；录用日期：２０１７－０１ — ２４；网络出版时间：２０１７－０２１６１６：３６：１７
网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．１８５９．Ｖ．２Ｏ１７０２１６．１６３６．００１．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金（６１２７３０５１，１１６７２１２６）；上海航天科技刨新基金（ＳＡＳＴ２０１５０３６）；中国科学院太空应用重点实验室开放基金（ＬＳＵ一２０１６ — ０４一Ｏ１，ＬＳＵ一２０１６－０７ — ０１）；江苏省普通高校研究生科研创新计划（ＳＪＬＸＩ５Ｏｌ３６）作者简介：黄怡欣（１９９１一），女，硕士研究生，ｂｙｘ９９２＠１２６．ｃｏｎ，研究方向为航天器姿态控制、容错控制ｒ

基于降维观测器的系统最优容错控制

ｄｓｇｅｏｄｔｃｈｙｔｍｔｔｓａｄｔｅｓｎｏａｌｔｔｔｔｅｓｍｅｔｅｉｎｄｔｅｅｔｔｅｓｓｅｓａｕｎｈｅｓｒｆｕｔｓａｅａｈａｉｍｅ，ｈｅｌｚｎｈａｌｄ－ｔｕｓｒａｉｉｇｔｅｆｕｔｅ
ＹＥＲｕ —ｏｇＬｕｎ，ＡＯＨａｇｙｎｏｈｎ，ＩａＧｎ —ａＪ
（ｏｅｅｏｃａｏｌｔｃＥｇｕｄｒＱｎｄｏＡｒｕｔｒｌｎｖｒｔ，ｈｎｏｇＱｎｄｏ２６０，ｈｎＣｌｇｌｆＭｅｈｎｅｃｉｎｎｅｉａｇｉｌａｉｓｙＳａｄｎｉｇａ６１９ＣｉｅｒｇｃｕＵｅｉａ）
ｉｄｘＴｅｓｌｔｎｈｓｐｏｅｈｓｍｅｈｄｔｅｓｍｐｅａｄｅｆｃｉｅｎｅ，ｈｉａｉａｒｖｄｔｉｔｏｏｂｉｌｎｆｔ．ｍｕｏｅｖ
Ｋｅｒｙｗｏｄｓ：ｅｓｒｆｕｔｕｍｅｔｄｒｄｃｄｏｄｒｏｓｒｅ；ｐｉｌｃｎｒｌａｌ－ｏｅａｔｃｎｒｌｓｎｏａｌ；ａｇｎｅｅｕｅｒｅｂｅｒｏｔｖｍａｏｔｏ；ｆｕｔｔｌｒｎｏｔｏ
０引言
传感器是测量仪器、智能化仪表、自动控制系统以及计算机信息输入装置中的敏感元件，感器的传好坏不仅直接关系到设备的运行状态，而且关系到至关重要的安全问题。近年来，关传感器的故障有
诊断和容错控制的研究已取得了许多研究成果。文

基于迭代学习观测器的卫星姿态滑模容错控制

基于迭代学习观测器的卫星姿态滑模容错控制张众正;叶东;孙兆伟【摘要】为解决卫星上反作用飞轮存在安装偏差、故障及外部干扰情况下的姿态控制问题,提出了一种基于迭代学习观测器的姿态容错控制方法.该方法通过设计迭代学习观测器,以较小的计算量实现对执行机构发生的故障以及安装偏差进行精确的估计.并利用观测器的观测结果设计滑模控制器,使处于外部干扰条件下的卫星系统在执行机构发生故障的情况下可以快速稳定地完成姿态机动任务.进一步基于Lyapunov稳定性定理证明了迭代学习观测器及控制器的全局渐近稳定性.针对反作用飞轮存在不确定性及故障的情况下进行仿真,仿真结果表明,与同类容错控制方法相比,所提方法可以更加快速精确地对故障进行估计并完成姿态控制.%A novel fault tolerant attitude control scheme was proposed based on ILO(iterative learning observer)for satellite with unknown reaction wheel faults, uncertainties and unknown external disturbances.More specially, an iterative learning observer was derived to estimate reaction wheel faults and uncertainties accurately with less on-line computingpower.Secondly,based on the estimated information,a sliding mode controller was derived to achieve the attitude stability of satellite rapidly with unknown external disturbances and reaction wheel faults.Furthermore, the stability of the ILO and the controller were approved by using the Lyapunov stability theory.Finally, simulations were carried out for satellite with unknown reaction wheel faults, uncertainties and disturbances.Results demonstrate that the proposed control scheme is more effectively anddisplays more feasibility by comparing with other fault tolerant control approach.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】7页(P17-23)【关键词】不确定性;执行机构故障;迭代学习观测器;滑模控制;容错控制【作者】张众正;叶东;孙兆伟【作者单位】哈尔滨工业大学卫星技术研究所,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学卫星技术研究所,黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学卫星技术研究所,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】V448近年来，全球各国都大力发展航天事业。

基于多观测器的一类过驱动系统主动容错控制设计

过驱动系统是指独立执行器数目大于机构自由度数的闭环系统。相对于非过驱动系统，能够有
由度数目。
随着各方对飞行器安全性和可靠性要求的不断提高，容错控制技术在过驱动系统中的应用和开发逐渐成为了一个研究的热点问题。文献Ｅ－ｌ］提出了一种基于控制分配思想的容错控制方法，且针
ｅｆｃｉｅｏｈｕｎｅ－ｆｅｔｖｎｔｅＱａｓｒ３ＤＯＦＨｏｅｌｔｏｍ．ｖｒｐａｆｒ
Ｋｅｒｓｃｉｅｆｕｔｔｌｒｎｏｔｏ；ｔａｋｎｏｔｏ；ｏｅｃｕｔｄｓｓｅ；ｍｕｔｌｂｅｖｒ；ｙｗｏｄ：ａｔｖａｌｏｅａｔｃｎｒｌｒｃｉｇｃｎｒｌｖｒａｔａｅｙｔｍｌｐｅｏｓｒｅｓｉｌｅｒｍａｒｘｉｅｕｌｉｓＬＭＩ）ｉａｔｉｎｑａｉｅ（ｎｔｓ
ｐｒｄｗｉｈｔｅｓａｅｆｅｂｃｏｔｏｌｒｈｃｉｅｆｕｔｔｌｒｎｏｔｏａｆｒＱｕｄｏｏｉｈｉａａｅｔｈｔｔｅｄａｋｃｎｒｌ，ｔｅａｔｖａｌｏｅａｔｃｎｒ１ｌｗｏａｒｔｒｗｈｃＳｅ
天
大
学
学
报
第４卷３
对不同故障情况只需对控制分配模块重新设计，而
无需修改控制律。有文献指出控制分配方法可能但

适应有限故障的运载火箭神经网络自适应容错控制

经网络观测器依赖于动力学模型，故不同故障需要
建立不同的神经网络观测器，且若存在较大的建模
收稿日期：２０１９⁃０９⁃０９
作者简介：朱海洋（１９９５—），北京宇航系统工程研究所硕士研究生，主要从事运载火箭姿态系统总体设计及智能控制研究。
第３期
· ６６９·
朱海洋，等：适应有限故障的运载火箭神经网络自适应容错控制
高任务可靠性的重要手段。而控制系统由于具有响
其容错能力体现在飞行过程中的箭上自主故障检
测、故障定位和故障隔离，即对有限故障［２］的适应
性。文献［２］提出了运载火箭３种故障模式：①小
能量故障指飞行可控，可将有效载荷送入预定轨道，
基本不影响后续任务工程的故障；②中能量故障指
飞行可控，制导系统重规划将载荷送入偏置轨道，对
２０２０年６月
西北工业大学学报
第３８卷第３期
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０５１／ｊｎｗｐｕ／２０２０３８３０６６８
Ｊｕｎｅ２０２０
Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．３
适应有限故障的运载火箭神经网络自适应容错控制
出了一种控制指令重分配技术。依据ＦＤＩ［４］提供的
型，采用单纯形法求解，保障姿控稳定。此类方法缺
较大或误报时，将使容错控制效果受限甚至影响控
制系统正常性能。
另一类是基于自适应控制的容错控制方法，无
需ＦＤＩ。文献［５］提出了基于ＰＤ和校正网络控制
的自适应增广控制方法（ａｄａｐｔｉｖｅａｕｇｍｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ，
ＡＡＣ），在系统发生故障时，通过调整开环增益来适

基于T-S模糊模型的观测器和动态输出反馈容错控制器设计

基于T-S模糊模型的观测器和动态输出反馈容错控制器设计朱芳来;蒋鹏;李晓航【摘要】针对具有执行器故障和传感器故障的非线性系统,提出了一种基于T-S模型的观测器设计和动态输出反馈控制器设计方法.首先,将非线性系统转化为T-S模型,以此模型作为设计模型,利用扩展传感器故障为辅助状态向量的方式,将系统扩展为增维的T-S描述系统;然后,针对增维的T-S描述系统,设计模糊自适应观测器以达到对非线性系统的状态、执行器和传感器故障同时估计的目的;最后,基于观测器对传感器和执行器故障的估计,设计了一种动态输出反馈容错控制器以达到容错控制的目的,其中以线性矩阵不等式的方式给出了观测器和容错控制器存在的充分性条件.通过实例仿真验证了该文设计方法的有效性.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2016(050)009【总页数】6页(P91-96)【关键词】自适应观测器;容错控制;T-S模型;执行器故障重构;传感器故障重构【作者】朱芳来;蒋鹏;李晓航【作者单位】同济大学电子与信息工程学院,201804,上海;同济大学电子与信息工程学院,201804,上海;同济大学电子与信息工程学院,201804,上海【正文语种】中文【中图分类】TP273在实际控制系统中,故障的出现会导致系统不稳定或系统损坏,因此对故障诊断和容错控制的研究成为控制领域中的热点问题[1-2],其中对于非线性系统容错控制器的设计成为一个具有挑战性的课题[3-4]。

由于T-S模型结构简单,且能以任意精度逼近任何一光滑非线性函数,因而结合T-S 模糊模型和线性系统设计方法来解决非线性问题的思路受到学者们的关注[5-9]。

例如,文献[5]针对非线性动态系统将高阶滑模观测器扩展为T-S模糊模型方法,提出了一种传感器故障检测与隔离问题的解决方案。

文献[6]针对具有传感器故障的模糊随机系统,设计了鲁棒观测器进行故障估计,同时还提出了基于观测器的模糊容错控制方案。

基于残差观测器的电机迭代学习控制系统

基于残差观测器的电机迭代学习控制系统YANG Yanan;QIN Xueyuan;LI Xiaoqing;LI Chaofeng【摘要】文中设计一种残差观测器下电机迭代学习的控制方法,建立传动系统的机电耦合模型,在基于观测器的残差生成器控制框架下进行转速补偿的迭代学习控制,提高了电机调速系统在负载扰动影响下的鲁棒性能和抗干扰性能.仿真结果表明,该控制系统能够有效减小负载扰动下的电机转速变化幅度,提高了闭环控制系统的稳定性.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2019(042)003【总页数】4页(P119-121,126)【关键词】推杆电机;闭环控制系统;残差观测器;迭代学习控制;机电耦合;转速补偿【作者】YANG Yanan;QIN Xueyuan;LI Xiaoqing;LI Chaofeng【作者单位】;;;【正文语种】中文【中图分类】TN876-340 引言在工业生产需要直线驱动装置的过程中，通常采用“旋转电机+滚珠丝杠”（推杆电机）的驱动方式和直线电机的驱动方式。

相对于直接带动负载的直线电机驱动方式，推杆电机接入传动装置后也能产生有效的推力，设计不同的传动装置还能使负载获得多角度的推力。

推杆电机拥有成本低、控制性能稳定的特点，尤其是在低速运行状态下，推杆电机相比于直线电机能够提供较大转矩[1-2]。

推杆电机采用永磁同步直流电机，其调速系统包括模型自适应迭代学习控制、模糊控制、神经网络控制、滑模控制等许多现代控制理论[3-6]。

虽然上述方法能够减少扰动对系统的影响，但是部分方法对模型参数依赖性强，且算法复杂程度高，对于工况复杂的电机控制系统，存在大量干扰。

因此，本文结合上述文献思想设计一种基于观测器容错控制框架下的转速补偿迭代学习控制系统，在该控制框架下，能够实时监测负载扰动，产生残差之后进行转速的迭代学习控制，提高了系统的稳定性。

系统仿真表明，该控制器相对于传统控制器具有快速性、无超调等优点，对负载转矩具有较强的鲁棒性。

基于迭代扩张状态观测器的数据驱动最优迭代学习控制

基于迭代扩张状态观测器的数据驱动最优迭代学习控制惠宇;池荣虎【期刊名称】《控制理论与应用》【年(卷),期】2018(035)011【摘要】针对一类带扰动有限时间内重复运行的离散时间非线性非仿射不确定系统,本文提出了一种基于迭代扩张状态观测器的数据驱动最优迭代学习控制方法.首先,提出了改进的迭代动态线性化方法,将被控系统线性化为与控制输入有关的仿射形式,并将不确定性合并到一个非线性项中;然后,设计了迭代扩张状态观测器对非线性不确定项进行估计,作为对扰动的补偿;最后,设计了性能指标函数,通过最优技术,提出了参数迭代更新律和最优学习控制律.本文通过数学分析,证明了跟踪误差的有界收敛性.仿真结果验证了方法的有效性.所提出的新型迭代动态线性化方法可很大程度上降低线性化后的控制增益的动态复杂性,使其易于估计.所提出的迭代扩张状态观测器可以在重复中学习,对非重复扰动可进行有效的估计.此外,本文控制器的设计与分析是数据驱动的控制方法,除了被控系统的输入输出数据以外,不需要任何其他模型信息.【总页数】8页(P1672-1679)【作者】惠宇;池荣虎【作者单位】青岛科技大学自动化与电子工程学院,山东青岛266061;青岛科技大学人工智能与控制研究院,山东青岛266061【正文语种】中文【中图分类】TP273【相关文献】1.间歇过程最优迭代学习控制的发展:从基于模型到数据驱动 [J], 池荣虎;侯忠生;黄彪2.基于扩张状态观测器的鲁棒迭代学习控制 [J], 谭程元;王晶3.基于最优迭代学习控制的四旋翼轨迹跟踪控制 [J], 朱奕航;吴庆宪;王从庆;袁梦顺4.基于数据驱动的数控机床自适应迭代学习控制 [J], 梁建智;邱彪;陈宇燕;杨铭;李廷彦;秦永振5.基于遗忘因子的数据驱动最优迭代学习控制算法研究 [J], 李佳伟;林娜;池荣虎因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于状态观测器系统的鲁棒容错控制

ＥｎｉｅｒｇａｄＣｎｏ，ｎｊＵｎｖｒｉｅｔｍｐｓＳａｇｉ０３１ＣｉａｇｎｅｉｎｏｔｌｎｒＴｏｇｉｉｅｓｙＷｓｔＣａｕ，ｈｎｈ０３，ｈｎ）ａ２
Ａｓｒｃ：ｎｔｉｐｐｒａｃａｓｏｎｅｔｉｙｔｍａｅｎｓａｅｏｓｒｅｏｓｅｅｎｈｏｔｏａｂｔｔＩｈｓａｅ，ｌｓｆｕｃｒａｎｓｓｅｂｓｄｏｔｔ — ｂｅｖｒｉｃｎｉｒｄａｄｔｅｃｎｒｌｌｗａｓｄｉｄｓｇｅ，ｉａｕｒｎｅｈｏｕｔｓａｉｔｆｔｅｃｏｅ — ｌｏｙｔｍｓａａｎｔｓｎｏａｌｒ．ｅｓｅｉｎｄｗｈｃｃｎｇａａｔｅｔｅｒｂｓｔｂｌｙｏｈｌｓｄｈｉｏｐｓｓｅｇｉｓｅｓｒｆｉｅＴｈｕｃｎｒｌａｏｌｅｅｄｎａｇｏｐｏｏｔｏｗｎｙｄｐｎｓｏｒｕｆＬＭＩ．ｄｔｅｅａｅｓｅｉｌｅｏｌｓＡｎｈｒｐｃａｉｄｃｍｍａｄｏｓｌｅＬＩｐｏｌｉｒｚｎｓｔｖＭｒｂｅｏｍｎＭａｌｂ，ｉｈｍａｅｈｅｉｔｏｉｌｎｆｅｔｔａｗｈｃｋｔｅｄｓｓｎｇｍｅｈｄｓｍｐｅａｄｅｆｃ．Ｋｅｒｓｆｕｔ — ｏｅａｔｃｎｒｌｏｕｔｓａｉｔｙｗｏｄ：ａｌ— ｔｌｒｏｔｏ；ｒｂｓｔｂｌｙ；ｓａｅ—ｏｓｒｅｎｉｔｔ — ｂｅｖｒ