具有执行器和传感器故障的机械手的容错控制方案

本文所探讨的主题为“具有执行器和传感器故障的机械手的容错控制方案”，这一主题涉及到机器人技术、控制系统设计以及故障检测与处理等多方面的知识。 在机械手的运动控制领域，执行器和传感器的正常工作是保证机械手准确完成预定动作的前提。执行器负责完成机械手的驱动任务，而传感器则负责提供机械手的位置、速度以及状态信息。当执行器或传感器出现故障时，可能会导致机械手无法正常工作，甚至发生危险的事故。因此，研究如何在这些部件出现故障的情况下，还能保持机械手的稳定运行，是一个非常重要的课题。 文章中提到的关键技术包括多变量二阶滑模故障观测器设计、连续控制器的故障补偿、以及有限时间收敛状态观测器设计等。以下是对这些关键技术的详细阐述。 故障观测器的作用是在执行器出现故障时，能够准确估计故障信息，并将估计值传递给控制系统，以便进行实时的故障补偿。本文作者设计了一种基于多变量二阶滑模的故障观测器，其特点是能够在有限时间内估算出执行器的故障信息。二阶滑模控制技术是一种高阶滑模控制方法，能够提供比传统一阶滑模控制更快的收敛速度和更好的鲁棒性。 当机械手同时存在执行器故障和位置（或速度）传感器故障时，文中提出的方案是放弃故障的传感器，并采用二阶滑模方法设计一个状态观测器来在有限时间内估计位置（或速度）信息。此外，还通过等效控制方法重建执行器故障，以此来实现滑模运动。 在故障重建过程中，等效控制方法能够确保系统在遭遇某些已知类型故障时依然保持滑模运动。这意味着即使执行器发生故障，机械手依然能够按照预期的路径和动作进行操作，从而增强了系统对故障的容忍性。 文章提到的“有限时间收敛”是一个非常重要的概念，它表示系统在有限的时间内能够到达或者接近期望的稳定状态。这在容错控制中具有极其重要的意义，因为需要在尽可能短的时间内对故障进行响应和处理，从而避免故障造成的进一步影响。 仿真验证是评估任何控制系统方案是否有效的重要手段。本文的研究成果通过仿真得到验证，证明了所提出的容错控制方案能够有效应对执行器和传感器故障，并保持机械手的稳定运行。 关键词“多变量控制”、“有限时间收敛”、“机械手”指出了本文研究的主题与关键点，而文章的参考文献部分提供了进一步阅读的资料来源。 文章作者之一的Bailing Tian来自天津大学电气自动化与信息工程学院，拥有自动控制专业的学士、硕士和博士学位，主要研究兴趣包括有限时间控制和可重复使用运载器的集成制导与控制。另一位作者Zhuo Wang则来自北京的北京航空航天大学自动化专业，他们合作在高级机电系统国际期刊上发表了这篇论文。 从上述内容可以看出，机械手的容错控制方案是一个高度专业化的技术领域，涉及到控制理论、信号处理、系统分析等多方面知识。通过对故障的快速检测、准确估计以及有效的补偿措施，能够显著提高机械手在执行任务过程中的可靠性和安全性。