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基于逆系统方法的主动容错控制研究

许德智  
【摘要】: 本文以非线性系统为研究对象,基于逆系统方法研究了SISO系统、MIMO系统的主动容错控制问题,主要进行了以下几方面的研究工作: 1)针对具有一定故障先验知识的非线性系统,为解决多模型主动容错控制在应对系统发生未知故障时控制律计算的快速性问题,提出了一种基于RBF逆系统方法的多模型内模主动容错控制方案。采用RBF对系统正常及各种先验故障情形的逆系统建模,并由此建立动态系统逆模型库,基于逆系统方法将逆模型与系统串联形成一伪线性系统,并对其设计了具有良好鲁棒性能的内模控制器。系统实际运行时,监控决策机制依据系统性能容忍度指标和模型失配度指标的时实计算分析,诊断系统所处运行模式,调用与之匹配的RBF逆模型,使系统始终通过模型切换与其逆模型的串联保持为不变的伪线性系统,从而在无需改变内模控制器的情况下,实现了对系统故障的主动容错。 2)针对实际系统故障先验知识不易获取等问题,提出了一种基于RBF逆系统方法的故障诊断和调节的设计方法。通过设计基于非线性被控对象RBF逆模型的故障估计器来估计执行器故障,同时将RBF逆模型与被控对象串联成伪线性的复合系统,并引入内模控制。采用故障估计值作用于被控对象的逆系统,以产生相应的补偿,最终使被控对象和补偿后的逆系统串联仍能保持为不变的伪线性系统,从而在无需改变系统正常控制器参数的情形下,以逆系统补偿的方法达到容错控制的目的。 3)针对实际系统存在不确定性及各种时变故障,将小样本建模方法LS-SVM引入用于系统的逆建模,借助数据驱动控制思想和无模型自适应控制方法,设计一个补偿控制器,用于系统参数摄动或发生故障时的逆模型的实时补偿,使系统在无需改变主控制参数情形下,以自适应逆补偿的方法,使得系统输出可以准确跟踪参考输出。 4)针对状态空间形式的多变量非线性可逆系统,首先将逆系统方法引入,提出一种基于逆系统方法的多变量非线性系统故障诊断方法,通过设计非线性鲁棒滑模观测器实现状态估计,并结合逆系统方法,实现多变量非线性系统的执行器故障诊断。在此基础上又设计基于逆系统方法设计控制器,最终通过故障估计值对逆系统调节,实现了MIMO系统的主动容错控制。


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