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多指标约束的动态系统容错控制

王树彬  
【摘要】: 容错控制是为了提高系统的可靠性、安全性而提出的一种新的控制策略,其理论意义在于当动态系统发生故障时仍然可以稳定运行,并具有可以接受的动、静态性能。目前,针对多指标约束条件下的容错控制研究还处于起步阶段,所得到的一些成果还局限在线性连续系统。基于以上的考虑,本文主要以广义系统、区间系统和非线性系统为研究对象,兼顾控制器的不确定性,考虑其在多指标约束条件下的容错控制问题,提出了以上系统的多指标约束条件下的满意容错控制方法,推导和论证了非脆弱满意容错控制器的设计方法和存在条件,以期建立更完善的满意容错控制理论和多指标约束容错控制方法,为其能更好地应用于工程实际做好理论铺垫,所取得的主要研究成果与创新点如下: (1)提出了不确定广义系统和不确定时滞广义系统在区域极点指标、H_∞指标、方差上界指标及保成本指标约束条件下的满意容错控制器设计方法及滤波器设计方法。在执行器故障条件下,利用线性矩阵不等式(LMI,Linear matrix inequality)分析了相容指标的取值范围和多指标约束下容错控制器存在的充分条件,并给出控制器的设计方法。 (2)针对不确定线性系统和线性系统族,提出了非脆弱容错控制设计方法。在考虑控制器不确定性的情况下,给出了一种综合区域极点约束、最小方差上界约束和H_∞约束的非脆弱容错控制设计方法,并分析了三种指标的相容性;同时又提出了一种主动容错控制设计方法。通过神经网络对故障进行辨识、定位和诊断,结合多模型参考方法,给出了一种主动容错控制设计方法。 (3)针对无时滞和带有时滞的两类区间系统,给出了各自的容错控制器设计方法。将带有执行器故障的不确定系统转化为区间系统,应用区间系统的相关理论解决了不确定系统的容错控制问题。应用LMI把相关性能指标约束对应的不等式问题转化为凸优化问题,最后通过解线性矩阵不等式,得到满足性能指标要求的控制器。 (4)提出了两类T-S模糊系统的多指标约束容错控制设计方法。一类是T-S模糊状态时滞系统,并综合考虑全局模糊模型的不确定性和执行器故障,提出了一种模糊H_∞保成本容错控制的思想,并利用LMI把相应的模糊控制问题转化成凸优化问题,给出了模糊H_∞保成本容错控制器的表达式。另一类是针对T-S模糊广义系统,在保证其二次稳定的前提条件下,兼顾系统的H_2和H_∞性能混合指标约束下的容错控制器设计问题,保证了整个闭环模糊非线性广义系统的二次稳定性和良好的动态品质和稳态性能。 (5)针对不确定部分具有范数有界约束,非线性部分满足线性有界约束的不确定非线性系统,提出了一种多指标约束条件下的容错控制器设计方法。利用LMI结合Lyapunov稳定性理论研究了一种复杂的不确定非线性时滞系统的H_∞保成本容错控制问题。综合考虑了当系统的执行器发生故障和控制器参数发生摄动时,系统的非脆弱H_∞保成本控制问题,给出了非脆弱H_∞保成本容错控制律的存在条件和设计方法;同时应用有记忆状态反馈控制器,提出了多时滞混沌系统的H_∞混沌同步控制设计方法,对于模型结构发生变化,输入改变的情况,又给出了一种非线性容错控制器的设计方法。 最后,指出了本文中还存在的问题和需要进一步探讨的研究方向。


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