吉林大学学报(工学版) ›› 2015, Vol. 45 ›› Issue (6): 1874-1880.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb201506022

• • 上一篇    下一篇

基于多步时延的可重构机械臂并发故障分散容错控制

李元春1， 周帆1， 马天豪1， 赵博1，2   

  1. 1.长春工业大学 电气与电子工程学院,长春 130012;
    2.中国科学院自动化研究所 复杂系统管理与控制国家重点实验室,北京 100190
  • 收稿日期:2014-04-16 出版日期:2015-11-01 发布日期:2015-11-01
  • 通讯作者: 赵博(1987-),男,在站博士后.研究方向:可重构机器人故障诊断与容错控制.E-mail:zhaob09@mails.jlu.edu.cn
  • 作者简介:李元春(1962-),男,教授,博士生导师.研究方向:智能机械与机器人控制.E-mail:liyc@mail.ccut.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(61374051,60974010); 吉林省科技发展计划项目(20150520112JH)

Decentralized fault-tolerant control based on multi-step time delay for reconfigurable manipulator with concurrent failures

LI Yuan-chun1, ZHOU Fan1, MA Tian-hao1, ZHAO Bo1,2   

  1. 1.College of Electrical and Electronic Engineering, Changchun University of Technology, Changchun, 130012, China;
    2.State Key Laboratory of Management and Control for Complex Systems, Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
  • Received:2014-04-16 Online:2015-11-01 Published:2015-11-01

RICH HTML

0   

PDF (PC)

321

摘要： 基于Lyapunov稳定性理论和可重构机械臂的模块化属性,针对非故障系统设计了分散反演神经网络控制器,并采用自适应神经网络系统补偿子系统关联项对系统控制精度的影响。通过引入一阶滤波器将传感器故障转化成伪执行器故障,从而得到增广故障子系统模型,进而采用多步时延技术补偿并发故障,实现容错。两种不同构形的2-DOF可重构机械臂系统的仿真结果表明了所设计分散容错控制方法的有效性。

关键词: 自动控制技术, 可重构机械臂, 分散容错控制, 多步时延, 并发故障

Abstract: According to Lyapunov stable theory and the modularity of reconfigurable manipulator, a decentralized backstepping neural network controller is designed for the fault free system, and the adaptive neural network system is employed to compensate the reduced control accuracy from the interconnection term. An augmented subsystem is obtained by introducing a filter, which maps the sensor fault into pseudo actuator fault, and then the multi-step time-delay technique is adopted to compensate the concurrent failures and realize the fault-tolerant. Simulations illustrated by two 2-DOF reconfigurable manipulators with different configurations demonstrate the effectiveness of the proposed scheme.

Key words: automatic control technique, reconfigurable manipulator, decentralized fault-tolerant control, multi-step time-delay, concurrent failure

中图分类号: 

  • TP273
[1] Xiang Zheng-rong, Wang Rong-hao, Chen Qing-wei. Fault tolerant control of switched nonlinear systems with time delay under asynchronous switching[J]. International Journal of Applied Mathematics and Computer Science,2010,20(3):497-506.
[2] Liu M, Shi P. Sensor fault estimation and tolerant control for It? stochastic systems with a descriptor sliding mode approach[J]. Automatica,2013,49(5):1242-1250.
[3] Liu Ming, Shi Peng, Zhang Li-xian,et al. Fault-tolerant control for nonlinear Markovian jump via proportional and derivative sliding mode observer technique[J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems,2011,58(11):2755-2764.
[4] Ichalal D, Marx B, Ragot J, et al. New fault tolerant control strategies for nonlinear Takagi-Sugeno systems[J]. International Journal of Applied Mathematics and Computer Science,2012,20(3):197-210.
[5] 肖冰,胡庆雷,马广富. 航天器执行机构部分失效故障的鲁棒容错控制[J]. 控制与决策,2011,26(6):801-805.
Xiao Bing,Hu Qing-lei,Ma Guang-fu. Robust fault tolerant attitude control for spacecraft under partial loss of actuator effectiveness[J]. Control and Decision,2011,26(6):801-805.
[6] Brambilla D, Capisani L M,Ferrara A,et al. Second order sliding mode observers for fault detection of robot manipulators[C]∥Proc 47th IEEE Conf Decision and Control, Cancun,Mexico,2008:2945-2954.
[7] Henrik H. A model-based approach to fault-tolerant control[J]. International Journal of Applied Mathematics and Computer Science,2012,22(1):67-86.
[8] Jiang Jin, Zhang You-min. Accepting performance degradation in fault tolerant control system design[J]. IEEE Transaction on Control Systems Technology,2006,14(2):284-292.
[9] Sami M, Patton R J. Active fault tolerant control for nonlinear systems with simultaneous actuator and sensor faults[J]. International of Control, Automation and Systems,2013,11(6):1149-1161.
[10] 陶洪峰,胡寿松. 多故障并发不确定系统的鲁棒完整性容错控制[J]. 化工学报,2010,61(8):2002-2007.
Tao Hong-feng, Hu Shou-song. Robust tolerant control possessing integrity for uncertain systems with concurrent faults[J]. CIESC Journal,2010,61(8):2002-2007.
[11] 赵博,李成浩,李元春. 基于故障在线估计的可重构机械臂分散容错控制[J]. 吉林大学学报:工学版,2014,44(6):1729-1735.
Zhao Bo,Li Cheng-hao,Li Yuan-chun. Online fault estimation based decentralized fault-tolerant control for reconfigurable manipulators[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition),2014,44(6):1729-1735.
[12] 赵博,李元春. 考虑多传感器故障的可重构机械臂主动取代分散容错控制[J]. 控制与决策,2014,29(2):226-230.
Zhao Bo, Li Yuan-chun. Active substituting decentralized fault-tolerant control for reconfigurable manipulators with multi-sensor failures[J]. Control and Decision,2014,29(2):226-230.
[13] Zhao Bo, Li Yuan-chun. Local joint information based active fault tolerant control for reconfigurable manipulator[J]. Nonlinear Dynamics,2014,77(3):859-876.
[14] 李元春,陆鹏,赵博.可重构机械臂反演时延分散容错控制[J]. 控制与决策,2012,27(3):446-450.
Li Yuan-chun, Lu Peng,Zhao Bo. Backstepping time delay decentralized fault-tolerant control for reconfigurable manipulators[J]. Control and Decision,2012,27(3):446-450.
[1] 顾万里,王萍,胡云峰,蔡硕,陈虹. 具有H∞性能的轮式移动机器人非线性控制器设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1811-1819.
[2] 李战东,陶建国,罗阳,孙浩,丁亮,邓宗全. 核电水池推力附着机器人系统设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1820-1826.
[3] 赵爽,沈继红,张刘,赵晗,陈柯帆. 微细电火花加工表面粗糙度快速高斯评定[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1838-1843.
[4] 王德军, 魏薇郦, 鲍亚新. 考虑侧风干扰的电子稳定控制系统执行器故障诊断[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1548-1555.
[5] 闫冬梅, 钟辉, 任丽莉, 王若琳, 李红梅. 具有区间时变时滞的线性系统稳定性分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1556-1562.
[6] 张茹斌, 占礼葵, 彭伟, 孙少明, 刘骏富, 任雷. 心肺功能评估训练系统的恒功率控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1184-1190.
[7] 董惠娟, 于震, 樊继壮. 基于激光测振仪的非轴对称超声驻波声场的识别[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1191-1198.
[8] 田彦涛, 张宇, 王晓玉, 陈华. 基于平方根无迹卡尔曼滤波算法的电动汽车质心侧偏角估计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 845-852.
[9] 张士涛, 张葆, 李贤涛, 王正玺, 田大鹏. 基于零相差轨迹控制方法提升快速反射镜性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 853-858.
[10] 王林, 王洪光, 宋屹峰, 潘新安, 张宏志. 输电线路悬垂绝缘子清扫机器人行为规划[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 518-525.
[11] 胡云峰, 王长勇, 于树友, 孙鹏远, 陈虹. 缸内直喷汽油机共轨系统结构参数优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 236-244.
[12] 朱枫, 张葆, 李贤涛, 王正玺, 张士涛. 基于强跟踪卡尔曼滤波的陀螺信号处理[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1868-1875.
[13] 晋超琼, 张葆, 李贤涛, 申帅, 朱枫. 基于扰动观测器的光电稳定平台摩擦补偿策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1876-1885.
[14] 冯建鑫. 具有测量时滞的不确定系统的递推鲁棒滤波[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(5): 1561-1567.
[15] 许金凯, 王煜天, 张世忠. 驱动冗余重型并联机构的动力学性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(4): 1138-1143.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 杨帅, 冯志炜, 赵治国, 周毅. 不同米勒循环方式对柴油机工作过程影响的一维模拟分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1444 -1454 .
[2] 刘玉梅,刘丽,曹晓宁,熊明烨,庄娇娇. 转向架动态模拟试验台避撞模型的构建[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1661 -1668 .
[3] 代存杰,李引珍,马昌喜,柴获,牟海波. 不确定条件下危险品配送路线多准则优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1694 -1702 .
版权所有 © 《吉林大学学报(工学版)》编辑部
地址：长春市人民大街5988号　电话：+86-431-85095297　传真：+86-431-85094074　E-mail: xbgxb@jlu.edu.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发