网络控制系统执行器故障容错控制研究

【摘要】： 网络控制系统是随着计算机技术、通讯技术、控制技术的发展而兴起的一种全分布、网络化实时反馈控制系统,具有信息资源能够共享、连接线数大大减少、易于扩展、易于维护等优点,因而在工业控制系统中有着广阔的应用前景。但是网络中时常伴有时延、丢包、时序错乱等现象,同时系统的复杂性使得系统对故障更加敏感。执行器是控制系统中的关键部件,倘若其发生故障对控制系统的影响是不可估量的。本文在综合考虑网络影响的基础上,针对执行器故障的网络控制系统开展了如下研究工作: 首先,研究了具有执行器失效故障的网络控制系统的容错控制问题。考虑了具有固定网络诱导时延的网络控制系统,利用迭代思想对丢包过程进行建模,并针对执行器失效故障,利用鲁棒完整性原理设计了控制器。 其次,研究了具有时变时延特性被控对象的网络控制系统的容错控制问题。针对网络中的时延、丢包、时序错乱问题,采用了一种分段常值的状态反馈控制器。通过选取合适的Lyapunov函数,从连续系统的角度得出了针对执行器失效故障的时滞依赖稳定条件,并设计了控制器。 进一步,研究了执行器失效故障的网络控制系统保性能主动容错控制。采用了离线设计、在线选择的控制思想。考虑到网路诱导时延、数据包丢失和时序错乱问题,仍然采用了分段常值的状态反馈控制器,通过建立一个标准的最优化问题给出了最优保性能控制器的求解方法。进一步给出了控制器的在线选择策略。在仿真算例中通过与已有文献进行比较,证明了此方法的优越性。 最后,研究了具有执行器部分失效故障的网络控制系统的量化H∞控制。主要考虑经过量化处理后的数据信息对系统稳定性的影响。首先对传感器端和控制器端静态时不变的对数量化器产生的误差进行了建模,进而建立了考虑网络诱导时延、数据包丢失、时序错乱、量化误差和执行器部分故障的综合模型,并采用H∞控制方法设计了分段常值状态反馈控制器,使得故障系统满足渐近稳定并能保持一定的干扰抑制性能指标。