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不确定时滞系统鲁棒容错控制研究

马喜成  
【摘要】: 控制系统的可靠性是系统能投入运行的关键,切实保障现代复杂系统的可靠性与安全性具有十分重要的意义。故障诊断与容错控制技术的出现,为提高复杂系统的可靠性开辟了一条新的途径。由于时滞和不确定性在实际工程中的广泛应用背景及分析与综合的复杂性,对不确定时滞系统的容错控制问题的研究具有重要的理论价值和实际意义。 本文针对大规模复杂控制系统的容错控制问题,以线性连续不确定时滞系统为受控对象,综合应用Lyapunov稳定性理论、无记忆状态反馈与时滞状态反馈控制策略和线性矩阵不等式方法,主要进行了以下几方面的工作: (1)研究了线性连续时滞系统的容错控制问题。分别采用无记忆状态反馈和有记忆状态反馈控制策略,讨论了此类系统对传感器或执行器故障具有完整性需满足的充分条件,并给出了控制器的设计方法。仿真结果验证了该方法的有效性和可行性,仿真结果还表明由于时滞状态反馈控制律的引入,提高了线性矩阵不等式的可解性,并且所得结论是时滞依赖的。 (2)研究了线性连续不确定时滞系统的鲁棒容错控制问题。首先针对具有状态滞后,且假定状态和控制输入的不确定项均是范数有界的线性系统,分别采用无记忆状态反馈和有记忆状态反馈控制策略,讨论了此类系统对传感器或执行器故障具有鲁棒完整性需满足的充分条件和控制器的设计方法;其次,针对同时具有状态滞后和控制输入滞后的不确定线性系统,采用类似的控制策略,研究了此类系统的鲁棒完整性问题;进而又给出了对同一系统当执行器个数与传感器个数相同时,其鲁棒容错控制器的设计具有数学意义上的等价性的结论,并且所有结论均是时滞不依赖的;最后分别针对不同的被控对象和控制策略,通过仿真算例,验证了所述方法的有效性和可行性,同时也进一步证实了对于执行器与传感器个数相同的同一系统,鲁棒容错控制器设计在数学意义上的等价性、工程应用的可替代性和对不同时滞系统的普适性。 (3)研究了线性连续时变时滞不确定系统的鲁棒容错控制问题。首先针对具有状态时变滞后的不确定线性系统受控对象,采用无记忆状态反馈控制策略,讨论了此类系统在传感器或执行器故障情况下,具有鲁棒完整性需满足的充分条件和控制器的设计方法;其次,针对同时具有状态时变滞后和控制输入时变滞后的不确定线性系统被控对象,仍采用无记忆状态反馈控制策略,研究了此类系统的鲁棒完整性问题;最后分别针对不同的被控对象和控制策略,进行了仿真实验,验证了该方法的有效性和可行性,同样也证实了对于同一系统,当执行器个数和传感器个数相同时,容错控制器的设计的数学意义上的等价性和实际工程应用中的可替代性的结论,且所有结论都是时滞依赖的。


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