非线性连续过程和间歇过程的容错控制研究

【摘要】： 由于容错控制可以提高系统的安全性和可靠性,保证闭环系统在故障情形时的控制性能,因此受到学术界和工业界的广泛关注。如果把全部容错控制系统作为一个整体,我们可以从三个角度来分析它:以系统属性为标准,可分为线性系统和非线性系统;以设计方法为标准,可分为被动方法和主动方法;以生产方式为标准,可分为连续过程和间歇过程。 线性连续过程的被动和主动容错控制已基本成熟,非线性连续过程的被动容错控制方法已有很多成果但局限性很大,而间歇过程的容错控制尚是一个空白领域;因此,非线性连续过程的主动容错控制和间歇过程的容错控制是本文的研究重点。本文的主要内容包括: 第2-5章研究了非线性连续过程的主动容错控制。第2章深入分析了一类非线性系统的传感器故障的可辨识性,并设计了故障估计和检测策略,进而为该类系统提出了一套主动容错控制的框架。第3章和第4章进一步考虑了不确定性特别是不匹配不确定性对容错控制的影响。第3章为一类二阶非线性系统提出了一种补偿不匹配不确定性的变结构控制律。第4章利用第3章中的结果,为一类高阶非线性非最小相位系统设计了一种主动容错控制策略,该系统同时带有元件故障和不匹配不确定性。第5章引入了一个新概念——执行器迟滞故障,并给出了一个统一的数学描述,进而为该类故障设计了一种改进的广义预测控制。 第6-8章系统地研究了间歇过程的容错控制。尽作者所知,这是该领域的奠基性工作。在第6章中,我们首次为一类带有执行器故障的间歇过程设计了迭代学习可靠控制律,该控制律是基于静态状态反馈的。第7章借鉴第6章的设计思路,研究了间歇过程的传感器故障,并且基于动态输出反馈设计了容错控制律。更进一步,第8章为一类带有传感器故障的非线性间歇过程设计了一套主动容错控制策略,并且把该策略用于注塑过程,进行了实物实验,效果非常理想。