模型不确定线性离散时变系统鲁棒故障检测方法及应用研究

参数时变、建模误差、测量数据丢包等在网络控制系统、远程通讯、飞行器导航制导等领域不可避免，为了保障系统能够安全可靠的稳定运行，对这类系统故障检测问题的研究至关重要，是国际自动控制界尚待深入研究的前沿课题。特别是对于制约我国高分辨率机载对地观测技术发展的高精度位置姿态测量系统（POS），环境温度突变、传感器异常等产生的信息故障已成为影响POS性能的重要因素之一，针对高精度POS信息故障检测与补偿问题的研究具有非常重要的实用价值和应用前景。本项目针对受多源扰动、范数有界模型不确定性、非线性摄动、数据丢包等影响的模型不确定线性离散时变系统，深入研究基于解析模型的鲁棒故障检测及其与容错滤波的集成设计问题，提出一套较为系统的模型不确定线性离散时变系统鲁棒故障检测方法，并进一步应用于解决高精度光学陀螺POS中的信息故障检测与补偿问题，为高精度、高可靠POS提供关键技术支撑，推动研究成果的工程化应用。

参数时变、建模误差、测量数据丢包等在网络控制系统、远程通讯、飞行器导航制导等领域不可避免，为了保障系统能够安全可靠的稳定运行，对这类系统故障检测问题的研究至关重要，是国际自动控制界尚待深入研究的前沿课题。本项目针对受多源扰动、范数有界模型不确定性、非线性摄动、数据丢包等影响的模型不确定线性离散时变系统，开展鲁棒故障检测方法及应用研究，提出了一系列模型不确定线性离散时变系统的鲁棒故障检测与容错滤波新方法，并将部分研究成果应用于航空遥感的高精度位置姿态测量系统（POS）与惯性稳定平台。针对受l2范数有界未知输入影响的线性离散时变系统，提出了一种基于未知输入最小能量估计的故障诊断新框架；针对时变系统故障诊断在线计算量大、难于实现的问题，综合应用等价空间方法与基于投影的滤波器方法，提出了一种基于Krein空间投影与新息分析结合的等价空间故障检测系统设计新算法；提出了基于比例-多积分(PMI) 的非线性H∞滤波的故障估计与容错滤波方法，并应用于激光陀螺POS的信息故障估计与补偿，实现了位置、速度、姿态角的故障检测与高精度估计；针对惯性稳定平台与POS间动态杆臂导致的测量误差问题，将杆臂误差作为一类广义的故障信号，提出了一种基于惯性稳定平台的POS动态杆臂效应误差建模与补偿技术，实现了惯性/卫星组合测量系统动态杆臂效应误差的组合滤波估计与补偿。项目执行过程的研究任务按照计划全部完成，执行过程取得的研究成果超过了预定目标，发表（录用）SCI/EI学术论文38篇(其中SCI论文 15篇)，授权国家发明专利6项。“控制系统实时故障检测、分离与估计理论和方法”获得2012年度国家自然科学二等奖（第3完成人），“机载高精度位置姿态测量系统关键技术及应用”获2014年度国际技术发明二等奖1项（第3完成人）。