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执行器发生故障情况下不确定系统的滑模控制

董婧  
【摘要】:在实际的工程应用中,控制系统元件(例如执行器、传感器等)由于磨损或老化不可避免地会发生故障,这不仅会影响系统的控制性能,甚至导致系统失稳。另一方面,滑模控制对系统摄动和外界干扰具有强鲁棒性的优点,因此,针对执行器或传感器可能发生故障情况下不确定系统滑模控制问题的研究,具有十分重要的理论和实际意义。 本文对不确定系统滑模控制的研究现状进行了总结和分析,在此基础上,分别针对存在参数不确定性和外部干扰、控制输入中同时含有死区饱和的两类不确定T-S模糊时滞系统,研究了其在执行器故障情况下的滑模控制问题,并结合自适应控制方法,对自适应滑模可靠控制展开研究,取得了一些有意义的成果。 主要研究工作包括: (1)针对同时存在参数不确定性和外部干扰的情况,研究了不确定T-S模糊时滞系统的滑模控制问题。建立了被控对象的T-S模糊模型,设计了一种积分型切换面,得到滑模动态渐近稳定的充分条件,并证明了在参数不确定性、外部干扰和执行器故障影响下滑模面的可达性。最后,将此方法应用于带推力矢量飞机的重构飞行控制,仿真结果验证了该控制方法的有效性。 (2)针对含有死区和饱和输入等控制受限情况,研究了执行器故障情况下不确定T-S模糊时滞系统的滑模控制问题。其中,被控系统的执行器可能发生故障,状态矩阵和控制输入矩阵中同时存在参数不确定性。积分滑模面的构造使得系统状态轨迹从开始时刻就位于滑模面,推导出滑模动态渐近稳定的充分条件,并且设计的滑模控制律能够保证在执行器故障影响下滑动模态可达,最后,数值仿真进一步验证了该方法的有效性。 (3)针对可能发生执行器故障的不确定系统,研究了自适应可靠滑模控制器的设计。被控系统同时考虑了参数不确定性和外部干扰,此外,任何执行器都可能发生故障。通过在线估计执行器故障,设计自适应可靠滑模控制,利用线性矩阵不等式(LMI)技术和李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论证明了滑模运动的稳定性以及指定滑模面的可达性,数值仿真也验证了该方法的可行性。


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