A time-varying controllable fault-tolerant field associative memory model and its simulation

A time-varying controllable fault-tolerant field associative memory model and the realization algorithms are proposed. On the one hand, this model simulates the time-dependent changeability character of the fault-tolerant field of human brain's associative memory. On the other hand, fault-tolerant fields of the memory samples of the model can be controlled, and we can design proper fault-tolerant fields for memory samples at different time according to the essentiality of memory samples. Moreover, the model has realized the nonlinear association of infinite value pattern from n dimension space to m dimension space. And the fault-tolerant fields of the memory samples are full of the whole real space R-n. The simulation shows that the model has the above characters and the speed of associative memory about the model is faster.

基于MIT规则的自适应Unscented卡尔曼滤波及其在旋翼飞行机器人容错控制的应用

提出一种新颖的基于MIT规则的自适应Unscented卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter,UKF)算法,用来进行参数以及状态的联合估计。针对旋翼飞行机器人执行器提出一种执行器健康因子(Actuator health coefficients,AHCs)的故障模型结构,应用自适应UKF对AHCs参数进行在线估计,将联合估计的状态以及故障参数引入基于模型的反馈线性化控制结构,组成完整的容错控制系统。提出的自适应UKF算法以及容错控制结构经过中科院沈阳自动化研究所ServoHeli-20旋翼无人智能平台数学模型进行仿真试验验证,效果良好。

旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制技术综述

对故障诊断和容错技术的发展过程进行了简要概述,以旋翼飞行机器人为研究对象,在分析了旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制特点的基础上,介绍了当前国内外在该领域的研究进展和主要方法.最后,总结了该领域待解决的难点问题,并指出了该研究领域的发展趋势.

UUV推进系统容错控制分配算法研究

针对水下机器人(UUV)推进系统容错控制分配问题,本文提出了基于SVD分解(奇异值分解)与定点分配的混合算法。与传统的方法相比,它回避了求伪逆矩阵的问题,降低了计算量;能够满足推进器饱和约束限制。利用水下实验平台推进系统模型进行了仿真实验,验证了算法的正确性和有效性。

7000米载人潜水器推进器故障容错控制分配研究

介绍了7000米载人潜水器推进系统的组成和推进器布置,描述了潜水器控制分配问题,对推进器推力和期望控制量进行了归一化处理.根据载人潜水器的推进器布置,建立了系统的控制分配模型,设计了推进器故障容错处理策略,研究了基于推力最小二范数的载人潜水器控制分配求解方法.采用基于伪逆矩阵与定点分配的混合控制分配求解算法,在半物理仿真平台上实验验证了控制分配求解算法的正确性和有效性.

ROV推进系统故障检测及容错控制研究

遥控水下机器人( ROV )工作在未知的不确定的复杂海洋环境中，其机械部件和控制系统极易出现故障。推进器是ROV的动力装置，对ROV完成水下作业，顺利回收起着至关重要的作用。推进器经常受到水草、异物的干扰而损坏，同时其内部的机械和电子组件也因老化、发热、受力而容易损坏，因此推进系统故障是ROV经常发生的故障之一。故障检测是提高其推进系统可靠性的重要环节，为ROV的容错控制和紧急回收等应急措施提供科学依据。ROV的容错控制对提高ROV的可靠性和机动性有着重要的意义。 针对ROV推进系统的特点，本文研究了ROV推进系统的系统辨识，故障检测和容错控制问题。 本文给出了一种基于控制量输入的ROV模型辨识方法，减小了辨识的工作量。该模型以螺旋桨驱动电机的电压控制量为输入，以各个自由度的运动状态为输出，不需进行螺旋桨推力标定。针对这种辨识方式，本文给出一种ROV系统辨识的非线性模型和简化的线性模型，对于相应的模型设计了辨识方法。通过实验验证了模型和方法的有效性。 针对ROV的故障检测问题，给出基于模型与推进电机电流的故障检测方法，设计了故障检测策略，实现对故障的分离和定位。通过模拟故障实验验证了方法的有效性。 针对ROV推进系统容错控制分配问题，本文提出了基于SVD分解(奇异值分解)与定点分配的混合算法。与传统的方法相比，它回避了求伪逆矩阵的问题，减小了计算量；能够满足推进器饱和约束限制。利用水下实验平台的推进系统模型进行了仿真实验，验证了算法的正确性和有效性。

一种新的分布式控制系统容错调度算法

目前多数容错调度算法在调度非周期任务时采用预留时间的方法,非周期任务无法得到充分响应.针对该问题,提出一种新的分布式控制系统容错调度算法,采用任务集划分的方法在不同处理机上运行不同的周期任务子集,使每个处理机具有不同的非周期任务预留时间,当非周期任务发生时,即可得到有效响应.结果表明,该方法能提高容错调度的效率.

基于主动建模的自主移动机器人自适应容错控制

针对非线性自主移动机器人可能发生的驱动器故障,提出了一种新的自适应容错控制方法,即基于主动建模的逆动力学控制(IDC)方法.无色卡尔曼滤波(UKF)非线性估计方法用于对系统进行主动建模--状态和故障参数的在线联合估计,含有可调参数的逆动力学控制器用于根据UKF的估计结果进行控制策略的重构.仿真实验证明,具有主动建模的控制器能够有效地补偿系统的驱动器故障,使故障后的系统仍具有令人满意的性能。

旋翼飞行机器人故障诊断及容错控制方法研究

无人直升机（Unmanned Helicopter）具有固定翼无人机所不具备的很多优势，它具有垂直起降、空中悬停、协调转弯、前飞、侧飞等多种飞行模态。这种独特的飞行性能决定了它的使用价值：在军用方面，无人直升机既能执行各种非杀伤性任务，又能执行各种软硬杀伤性任务，包括侦察、监视、目标截获、诱饵、攻击、通信中继等；在民用方面，无人直升机在航拍、大气监测、交通监控、资源勘探、电力巡检、森林防火、农业等方面具有广泛的应用前景。但是，直升机自身动力学所固有的高度复杂性和不确定性，导致难以对其实现高性能控制，目前视距范围内遥控仍然是其主要的行为方式，这极大地制约着无人直升机的实际应用。近五年来，将机器人学中的自主行为技术与无人直升机平台相结合，构造全自主型无人直升机系统，即所谓的旋翼飞行机器人（Rotary Wing Flying Robot, RWFR），被认为是一种可行的技术路线；同时，与之相关的自主控制方法也成为移动机器人领域的重要研究方向之一。 自主行为能力包括三个层面的内涵：一是自主、在线的环境理解能力，这里的环境不仅是机器人所处的外部环境，也包括其自身的动力学以及健康状态；二是以环境理解为基础的优化行为自主产生能力；三是控制自身本体实现期望行为的能力。对于旋翼飞行机器人而言，其自身健康状态的自主理解以及与之相关的控制行为产生是至关重要的环节，因为它决定着可靠性。旋翼飞行机器人具有多变量、非线性耦合、柔性结构等多种动力学特性[1]，在飞行过程中会遇到风、发动机振动等多种扰动，其机械部件和控制系统极易出现故障，如果故障不能被有效检测或在有限控制周期内没有被及时处理，旋翼飞行机器人就会因其静不稳定的特点而失去控制，导致机体严重损毁甚至地面人员伤亡。 本论文针对旋翼飞行机器人的自主健康诊断与管理能力开展深入研究，重点研究传感器、执行器、飞机本体故障解耦，各子系统故障的检测、辨识与容错控制，面向在线应用的算法实时性等核心问题，旨在建立具有结构简单、实时性好、针对典型故障可实时进行故障诊断及容错控制的方法体系。论文的具体内容如下： 第1章，对故障诊断及容错控制方法的研究现状进行综述，深入分析并归纳旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制中存在的问题和发展方向，引出本文的研究内容和重点。同时，在简要介绍国内外各种旋翼飞行机器人实验平台的基础上，选择一种具有典型性的实验平台进行深入分析，总结了其特点和不足，为研制自己的实验平台系统奠定基础。 第2章，作为论文后续方法研究、仿真及实验验证的基础，首先介绍旋翼飞行机器人的动力学模型，接下来介绍本人参与研制的开放式仿真系统，并着重介绍以作者为主要负责人所设计、研发的40公斤起飞重量级旋翼飞行机器人开放式飞行实验平台—ServoHeli-40。 第3章，以阐述ServoHeli-40旋翼飞行机器人自主飞行控制结构及独立通道控制方法为基础，创新性地提出旋翼飞行机器人容错控制体系结构，并分析该结构中各模块任务及作用。针对传感器和执行器故障之间的耦合问题，提出基于贝叶斯推理的异类故障解耦方法，为独立研究传感器、执行器故障扫清障碍。 第4章，重点研究旋翼飞行机器人传感器故障诊断及容错控制。针对不同故障检测类型和阶段，提出了三种方法。首先针对突变类型的传感器故障采用基于db2的小波变换方法进行检测，对传感器数据进行时频域同时变换，实现实时准确分析；其次应用自适应神经网络方法对故障信号及正常飞行中飞行模态变化进行区分，提高了故障检测的可信性与可靠性；最后以多源传感器信息融合为基础，探索在部分传感器出现故障的情况下提供次优的传感器数据。 第5章，重点研究执行器软性故障的在线估计及控制策略在线重构问题。首先提出旋翼飞行机器人执行器定量软性故障的数学表达方法，深入研究两种自适应UKF方法在执行器软性故障在线估计方面的有效性和可行性；最后，提出一种基于故障参数在线估计的控制策略重构方法。 论文针对所提出的方法，以ServoHeli-40旋翼飞行机器人的实际拟合动力学模型为对象开展了仿真研究，部分内容在ServoHeli-40上进行了实际飞行实验验证。

The design algorithm of an associative memory neural network

A design algorithm of an associative memory neural network is proposed. The benefit of this design algorithm is to make the designed associative memory model can implement the hoped situation. On the one hand, the designed model has realized the nonlinear association of infinite value pattern from n dimension space to m dimension space. The result has improved the ones of some old associative memory neural network. On the other hand, the memory samples are in the centers of the fault-tolerant. In average significance the radius of the memory sample fault-tolerant field is maximum.

一种无线传感器网络中事件区域检测的容错算法

特殊环境中的事件区域检测是无线传感器网络的一种重要应用.由于传感器的错误会导致事件区域检测的不准确,所以相关的容错算法成为近年来的研究热点.已有研究工作都仅考虑了事件的空间相关性,通过相邻传感器之间的数据交换实现容错.文中从事件的空间相关性和时间相关性入手,提出了一种以局部检测为主的分布式事件区域检测算法.该算法通过检验传感器本地采样值构成的时间序列与事件随机过程统计特征的符合程度实现容错.算法分析的结果表明,该算法可以减少传感器之间的数据交换,从而有效地利用传感器的能量.模拟实验表明,当有10%的传感器发生错误时,该算法可以检测到93%的事件区域和88%的错误传感器.

gcs-ma: a group communication system for mobile agents

Reliable messaging is a key component necessary for mobile agent systems. Current researches focus on reliable one-to-one message delivery to mobile agents. But how to implement a group communication system for mobile agents remains an open issue, which is a powerful block that facilitates the development of fault-tolerant mobile agent systems. In this paper, we propose a group communication system for mobile agents (GCS-MA), which includes totally ordered multicast and membership management functions. We divide a group of mobile agents into several agent clusters,and each agent cluster consists of all mobile agents residing in the same sub-network and is managed by a special module, named coordinator. Then, all coordinators form a ring-based overlay for interchanging messages between clusters. We present a token-based algorithm, an intra-cluster messaging algorithm and an inter-cluster migration algorithm to achieve atomicity and total ordering properties of multicast messages, by building a membership protocol on top of the clustering and failure detection mechanisms. Performance issues of the proposed system have been analysed through simulations. We also describe the application of the proposed system in the context of the service cooperation middleware (SCM) project.