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广义系统容错控制的相关理论研究

王国荣  
【摘要】: 现代系统正朝着大规模、复杂化的方向发展,这类系统一旦发生事故就有可能造成人员和财产的巨大损失,因此,人们迫切需要提高现代系统的可靠性与安全性,容错控制则为提高复杂系统的可靠性开辟了一条新的途径。广义系统的容错控制即可作为一般正常系统容错控制的自然延伸,又可被视为具有丰富实际背景的广义系统在实际应用中的现实需要,因此,广义系统容错控制的研究不仅具有十分重要的理论意义,而且具有广泛的实际工程前景。 本论文详细分析了广义系统容错控制理论的研究现状,着重研究了线性广义系统容错控制的相关理论,包括线性广义系统的完整性容错控制,基于状态观测器的线性广义系统的主动容错控制,一类不确定广义系统的容错控制。主要成果包括以下几个方面: 关于广义系统的被动容错控制,研究了其热点问题——完整性容错控制的问题,对线性广义系统的圆盘区域完整性设计问题进行了考虑。首先,用线性矩阵不等式(LMI)给出了线性广义系统圆盘区域的控制器存在的充分条件。进而,针对执行器故障和传感器故障,对上面的矩阵不等式进行适当的修正,得到了广义系统具有圆盘区域完整性的容错控制器。 关于广义系统的主动容错控制,研究了基于状态观测器的线性广义系统的主动容错控制的问题。针对执行器和传感器失效的情形,提出基于广义状态观测器的广义系统的主动容错控制的设计方法。根据广义系统的分离原理,当执行器和传感器出现故障时,只需重新设计状态观测器,而控制器仍然保持不变即利用调整观测器增益阵参数的办法来实现容错控制。 还重点讨论了执行器和传感器正常或出现故障时,一类不确定广义系统的容错控制器的设计问题,并给出了其设计方法。首先,利用LMI设计状态反馈,使得广义系统执行器未出现故障时渐近稳定。接着,当广义系统的执行器出现故障时,设计状态反馈使得闭环广义系统渐近稳定。进而,利用LMI设计广义系统在状态反馈作用下具有完整性的容错控制器。同时,对于传感器故障情形,设计广义系统在输出反馈作用下具有完整性的容错控制器。从设计中可以看出,具有完整性的广义容错控制器的设计问题已经化成了求解线性矩阵不等式。


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