基于滑模理论的故障检测与容错控制

第1章 引言

1.1 容错控制系统的研究目的

1.2 容错控制(FTC)和故障检测与隔离(FDI)的滑动模型

第2章 容错控制和故障检测与隔离

2.1 故障和失效定义

2.2 容错控制概述

2.3 冗余控制

2.4 容错控制

2.4.1 自适应控制

2.4.2 模型转换或合成

2.4.3 预测

2.4.4 控制信号再分配

2.4.5 鲁棒控制(H∞控制)

2.5 故障检测与隔离

2.5.1 基于残差的FDI

2.5.2 故障识别和重构

2.5.3 参数估计

2.5.4 非基于模型的FDI(智能FDI)

2.6 小结

第3章 一阶滑模概念

3.1 滑模理论简介

3.1.1 规范形式

3.1.2 滑模特性

.2 简单实例：单摆

3.2.1 仿真与结果

3.2.2 实用控制法则

3.3 单位向量法

3.3.1 闭环系统的稳定性分析

3.3.2 单位向量伪滑动项

3.4 滑动面设计

3.4.1 二次最小化

3.5 跟踪控制器设计

3.5.1 积分作用法

3.5.2 模型参考法

3.6 容错控制滑动模型

3.7 小结

3.8 注释和参考文献

第4章 故障检测滑模观测器

4.1 滑模观测器简介

4.2 Utkin观测器

4.2.1 滑动运动的特性

4.2.2 实例

4.2.3 抗扰性能

4.2.4 平滑其间断性的伪滑模控制

4.2.5 插入线性项的修正

4.3 故障重构Edwards—spurgeon观测器

4.3.1 观测器构想及稳定性分析

4.3.2 执行器故障重构

4.4 线性矩阵不等式(LMI)设计方法

4.4.1 软件实现

4.5 采用滑模观测器的鲁棒故障重构

4.5.1 鲁棒执行器故障重构

4.5.2 实例：垂直起降飞机模型

4.6 观测器变型

4.7 与UIO(线性未知输入观测器)的比较

4.7.1 基于起重系统的比较研究

4.8 小结

4.9 注释与参考文献

第5章采用观测器串联的鲁棒故障重构

5.1 观测器串联方案简介

5.2 鲁棒故障重构方案

5.2.1 设计算法

5.3 重构条件

5.3.1 总体坐标变换

5.3.2 定理5.2的证明

5.3.3 降阶滑模的稳定性

5.4 设计实例

5.4.1 观测器设计

5.4.2 仿真结果

5.5 小结

5.6 注释与参考文献

第6章 传感器故障重构

6.1 传感器故障重构简介

6.2 传感器故障重构方案

6.2.1 重构准备

6.2.2 稳态条件下的故障重构

6.2.3 动态传感器故障重构

6.2.4 不稳定系统的故障重构

6.3 鲁棒传感器故障重构

6.3.1 实例

6.4 非最小相位系统中的故障重构

6.4.1 主要结果

6.4.2 实例

6.5 小结

6.6 注释与参考文献

第7章 案例研究：传感器故障重构方案的实现

7.1 起重系统中的应用

7.1.1 起重系统的建模

7.1.2 实现

7.2 直流电动机中的应用

7.2.1 准备工作

7.2.2 关于电动机设置的说明

7.2.3 建模

7.2.4 观测器设计

7.2.5 实现

7.2.6 结果

7.3 小结

7.4 注释与参考文献

第8章自适应滑模容错控制

8.1 自适应滑模容错控制简介

8.2 执行器容错控制

8.2.1 滑模控制器设计

8.2.2 滑模超平面设计

8.3 仿真结果

8.3.1 无故障仿真

8.3.2 有效性增益的变化

8.3.3 升降舵总体失效仿真

8.3.4 骤风条件下的升降舵总体失效

8.3.5 有效性和升降舵失效的综合损失

8.4 传感器容错控制

8.4.1 准备工作

8.4.2 闭环分析

8.5 B747的鲁棒传感器故障重构

8.6 传感器容错控制仿真结果

8.6.1 无故障仿真

8.6.2 故障仿真：FDI关闭

8.6.3 故障仿真：FDI开启

8.6.4 噪声条件下传感器故障仿真

8.6.5 阈值选择

8.7 小结

8.8 注释与参考文献

第9章 基于在线控制分配的容错控制

9.1 简介

9.2 控制器设计

9.2.1 问题描述

9.2.2 稳定性分析

9.2.3 滑模控制法则

9.3 不完善故障重构的影响分析

9.4 滑模设计问题

9.5 ADMIRE仿真

9.5.1 控制器设计

9.5.2 利用观测器估计执行器故障

9.5.3 ADMIRE：仿真结果

9.6 小结

9.7 注释与参考文献

第10章 模型参考滑模容错控制

10.1 模型参考滑模容错控制简介

10.2 在线控制分配

10.2.1 稳定性分析

10.2.2 滑模控制准则

10.3 固定控制分配

10.3.1 滑模控制准则

10.4 自适应参考模型

1O.5 ADMIRE仿真：在线控制分配

10.5.1 控制器设计

10.5.2 采用最小二乘法进行执行器故障估计

10.5.3 仿真结果

10.6 ADMIRE仿真：固定控制分配

10.6.1 控制器设计

10.6.2 仿真结果

10.7 小结

10.8 注释与参考文献

第11章 SIMONA实现结果

11.1 简介

11.2 试验设备(SIMONA)

11.2.1 SIMONA仿真器

11.2.2 基准V2.2一FTIAB7417 V6.5／7.1／2006b

11.3 控制器设计

11.3.1 横向控制器设计

11.3.2 纵向控制器设计

11.4 SIMONA实现

11.5 应用结果分析

11.5.1 无故障响应

11.5.2 执行器有效性水平

11.5.3 水平稳定翼失稳

11.5.4 升降舵偏移阻塞

11.5.5 副翼偏移阻塞

11.5.6 方向舵脱离

11.5.7 方向舵失控

11.6 小结

11.7 注释与参考文献

第12章 案例分析：ELAL Bijlmermeer事件

12.1 简介

12.2 ELAL 1862事件

12.3 ELAL 1862飞机损伤分析

12.3.1 EIAL 1862飞机可控性和性能

12.4 控制器设计

12.4.1 横向控制器设计

12.4.2 纵向控制器设计

12.5 SIMONA实现

12.5.1 ILs(仪表着陆系统)着陆

12.6 飞行员操作的SIMONA仿真结果

12.6.1 经典控制器

12.6.2 SMC控制器

12.7 小结

12.8 注释与参考文献

第13章 结束语

参考文献

哈利姆·阿尔维、克里斯托弗·爱德华主编的《基于滑模理论的故障检测与容错控制》理论结合实际，深入浅出地阐述了国外在故障检测和容错控制方面的最新研究成果。通过仿真实例，充分展示了这种新的滑模控制算法在故障检测和容错控制方向上很好的应用潜力。该专著论证了目前滑模控制所能达到的理论和应用深度，它包括三个方面：控制设计，理论扩展和工业应用。本译著的出版，对我国航空航天工程、武器系统工程领域滑模控制理论的运用具有重要的学术理论和工程应用价值。
本译著可作为高等院校控制科学与工程、航空航天工程、武器系统工程等专业高年级学生和研究生的教科书或教学参考书，也可供广大科技工作者和工程技术人员阅读参考。