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《东北大学》 2013年
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基于模型参考的鲁棒自适应控制与自适应容错控制

李俊领  
【摘要】:本文基于模型参考的设计方法,重点考虑了两方面的内容:模型参考鲁棒自适应控制与模型参考自适应容错控制。(一)基于稳定性理论设计的多变量自适应控制系统,所需要的假设条件往往相当严格,因此,为了扩展多变量自适应控制的应用范围,放宽对被控对象的限制条件成为亟需解决的理论问题之一。对于不满足假设的较复杂模型,可以进行模型简化,若简化后的模型满足系统假设,则使其作为被控系统的标称模型,然后再进行自适应控制器设计。模型简化忽略掉的动态,构成未建模动态。简化模型与原系统模型原则上要尽量接近,故可以对未建模动态做适当的约束。本文的工作之一就是,针对一大类具有未建模动态、外界未知干扰和不确定参数的离散时间多变量线性系统,用输人输出的方法,凭借高频增益矩阵分解,给出一种直接型模型参考鲁棒自适应控制方案。所设计控制算法在没有使控制器结构过度复杂的前提下,弱化了对高频增益矩阵所要求的假设条件。并且,基于矩阵LDS分解引理,建立了一个重要推论,解决了如何定量确定离散自适应修正算法中的自适应增益矩阵的取值范围问题,避免已有结果中通过试凑法来选取自适应增益矩阵的难题。并且,基于本文建立的一些离散时间多变量版本的关键技术性引理,比如,离散时间多变量指数加权范数关系引理和离散时间多变量交换引理,平行于连续时间模型参考鲁棒自适应的理论框架,系统地分析了闭环系统的鲁棒稳定和稳态跟踪性能。其创新点是:1)该部分建立了高频增益矩阵分解引理的一个重要推论。基于此,解决了如何定量确定自适应增益矩阵的取值范围问题。原基于高频增益矩阵分解的离散时间多变量模型参考自适应控制方案,对于自适应增益矩阵,只是给出了一个矩阵不等式约束条件,但该约束依赖于高频增益的未知的因子矩阵,从而,在设计自适应律时,难以确定自适应增益矩阵的取值范围。2)该部分建立了离散时间多变量线性系统的指数加权范数关系引理、交换引理等关键性技术引理,为离散时间多变量系统的模型参考直接型自适应控制方案的鲁棒稳定性与跟踪性能的分析,铺垫了新的理论基础。(二)现实中的控制系统,在长时间的运行过程中,由于系统元件的老化、磨损、误操作等不确定因素,则可能发生各种不可预测的系统故障。本文的第二个工作就是,针对含不确定参数和执行器故障的多输人单输出线性系统,基于本文建立的含跳变参数的交换引理,把应用于定常系统的模型参考自适应设计方法,推广到因执行器故障导致的含未知跳变参数的系统,给出了一种模型参考自适应容错控制方案。该方案减少了对执行器故障要求的一些潜在的先验信息,与现有结果相比,弱化了对于带故障系统的最小相位的假设条件,拓展了自适应容错控制的应用范围。其思想的新颖之处在于,系统发生故障后,每一个未失效的执行器都要分担一部分控制任务,并同时克服一部分执行器故障带来的不良影响。所提出的自适应容错控制方案,能够保证闭环系统内稳定,并且使被控系统的输出渐近跟踪参考模型的输出。其创新点是:建立了一种新的模型参考自适应等效容错控制方案,该方案仅要求各系统输入与系统输出间的传递函数是最小相位的,现有的方案则要求系统的各个输人间的任意组合与系统输出间的传递函数都是最小相位的,与现有方案相比,弱化了原有的假设条件,拓展了模型参考自适应容错控制的应用范围。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TP273

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【参考文献】
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