本书系统性介绍机器人系统中故障诊断与容错控制技术原理和典型案例。第 1 - 4 章以无人机为例，阐述故障诊断原理方法，含四旋翼损坏控制技术、倾转轴卡死故障下控制设计；第 5 - 8 章论述执行器容错、服务型机器人及分布式故障检测与优化；第 9 章介绍飞行系统故障诊断与容错控制；第 10 - 12 章探索轮毂电机、飞行器输入重构和工业机器人系统的容错控制。读者对象为机器人等相关领域学者、工程师和研究人员 。

目录

第 1 章 无人机故障诊断与容错控制
1.1 引言
1.1.1 无人机
1.1.2 故障检测和诊断
1.1.3 容错控制
1.2 四旋翼无人机建模
1.2.1 运动学方程
1.2.2 动力学方程
1.2.3 耦合控制
1.2.4 执行机构故障表示
1.3 主动容错控制
1.3.1 问题描述
1.3.2 自适应滑模控制
1.3.3 构建可重构机制
1.4 仿真结果
1.4.1 故障容错控制结果
1.5 结论
参考文献

第 2 章 处理四旋翼损坏的控制技术
2.1 引言
2.2 问题陈述
2.3 模型构建
2.3.1 四旋翼
2.3.2 双旋翼
2.4 控制设计
2.4.1 PID 控制方案
2.4.2 反演控制方案
2.5 数值仿真
2.5.1 描述
2.5.2 案例研究
2.6 结论
致谢
参考文献

第 3 章 倾转轴卡死故障下四轴倾转旋翼无人机基于观测器的 LPV 控制设计
3.1 引言
3.2 四旋翼 TRUAV 和非线性模型
3.3 LPV 控制分析
3.3.1 凸多面体 LPV 描述
3.3.2 基于观测器的 LPV 控制闭环分析
3.4 四旋翼 TRUAV 的基于观测器的 LPV 控制
3.4.1 基于观测器的 LPV 控制器合成
3.4.2 逆过程设计
3.5 容错设计
3.5.1 执行器卡住故障
3.5.2 FTC 的退化模型方法
3.6 数值仿真结果
3.6.1 无故障结果
3.6.2 故障下的 FTC 结果
3.7 总结
致谢
参考文献

第 4 章 基于未知输入观测器的过驱动无人机故障和结冰检测及调节框架
4.1 引言
4.2 无人机模型
4.2.1 线性化
4.2.2 测量输出
4.2.3 控制分配设置
4.2.4 风扰
4.3 结冰和故障模型
4.4 未知输入观测器框架
4.5 诊断和调节
4.5.1 使用 UIO 检测和隔离无人机
4.5.2 基于控制分配的结冰 / 故障调节
4.6 增强型准 LPV 框架
4.6.1 非线性嵌入
4.6.2 LPV 未知输入观测器
4.6.3 在无人机故障 / 结冰诊断中的应用
4.7 示例：Aerosonde 无人机
参考文献

第 5 章 带有方位角推进器的 WAM - V 双体船的执行器容错
5.1 引言
5.2 数学模型
5.2.1 动力学
5.2.2 执行器故障和失效
5.3 无故障场景下的控制系统架构
5.3.1 控制规则
5.3.2 控制分配
5.3.3 控制策略
5.4 故障情况下的控制重新配置
5.4.1 S 方位推进器故障
5.4.2 S 方位推进器上的阻塞角
5.4.3 其他情况
5.5 仿真结果
5.5.1 场景 1：无故障执行器
5.5.2 场景 2：双推进器故障
5.5.3 场景 3：推进器故障及失效
5.5.4 场景 4：推进器卡住和故障
5.5.5 结果讨论
5.6 结论
参考文献

第 6 章 服务机器人的容错控制
6.1 引言
6.1.1 有关前沿
6.1.2 目标
6.2 Takagi - Sugeno 模型
6.2.1 机器人模型
6.2.2 Takagi - Sugeno 公式
6.3 控制设计
6.3.1 并行分布式控制
6.3.2 最优控制设计
6.4 故障和状态估计
6.4.1 鲁棒的未知输入观测器
6.4.2 故障概念和设计含义
6.4.3 故障估计和补偿
6.5 容错方案
6.6 应用结果
6.6.1 基于龙伯格观测器的基本控制结构
6.6.2 基于 RUIO 的基本控制结构
6.6.3 完整的容错控制方案
6.7 结论
致谢
参考文献

第 7 章 协同移动机械手的分布式故障检测与隔离策略
7.1 引言
7.2 数学背景和问题设置
7.2.1 机器人模型
7.2.2 信息交互
7.2.3 问题描述
7.3 观测器和控制器方案
7.3.1 集体状态估计
7.3.2 观测器收敛
7.4 故障诊断与隔离方案
7.4.1 无故障时的残差
7.4.2 存在故障时的残差
7.4.3 检测和隔离策略
7.5 实验
7.6 结论
致谢
参考文献

第 8 章 空中机器人机械手的非线性优化控制
8.1 引言
8.2 空中机器人机械手的动力学模型
8.3 空中机器人机械手模型的近似线性化
8.4 空中机器人机械手的微分平坦度特性
8.5 非线性 H - ∞控制
8.5.1 跟踪误差动力学
8.5.2 最小 - 最大控制和干扰抑制
8.6 李雅普诺夫稳定性分析
8.7 使用 H - ∞卡尔曼滤波器的鲁棒状态估计
8.8 模拟测试
8.9 结论
参考文献

第 9 章 飞机系统的故障诊断与容错控制技术
9.1 引言
9.2 飞机模型模拟器
9.3 主动容错控制系统设计
9.3.1 故障诊断模块
9.3.2 容错策略
9.4 仿真结果
9.4.1 故障诊断滤波器设计
9.4.2 NLGA - AF 仿真结果
9.4.3 AFTCS 性能