执行器失效的跟踪控制律重构:故障掩蔽法

为避免直接重构系统状态过于苛刻的条件,提出了线性系统存在执行器故障时动态镇定和定点跟踪控制器重构设计方案.基于重构模块思想和故障掩蔽方法,导出了扩展虚拟执行器以获得静态和动态重构模块的统一描述,其中重构模块与标称控制器一起构成可重构控制器.从而实现了执行器故障情况下线性时不变系统的闭环稳定和跟踪性能恢复的重构目标.仿真表明:即使执行器故障重构闭环系统亦能镇定,并可达到稳态值恢复的跟踪重构目标.     

扇形区域极点配置静态输出反馈可靠控制

针对线性系统,考虑连续增益故障模型,研究了具有执行器故障的扇形区域极点配置的静态输出反馈可靠控制问题.首先,在执行器无故障的前提下,给出使极点能够配置在扇形区域内的充分条件,进而得出系统的静态输出反馈可靠控制率.然后,基于执行器故障,重新设计静态输出反馈可靠控制器,利用求解线性矩阵不等式的方法,完成静态输出反馈可靠控制器的设计.由此可靠控制器构成的闭环系统,使得当执行器发生故障时,也可使闭环系统的所有极点保持在扇形区域内.数值仿真验证了结果的有效性和可行性.     

梯形区域极点配置静态输出反馈可靠控制

针对线性系统,考虑连续增益故障模型,研究了具有执行器故障的梯形区域极点配置的静态输出反馈可靠控制问题。首先,在执行器无故障的前提下,给出使极点能够配置在梯形区域内的充分条件,进而得出系统的静态输出反馈可靠控制率。然后,基于执行器故障,重新设计静态输出反馈可靠控制器,利用求解线性矩阵不等式的方法,完成静态输出反馈可靠控制器的设计。由此可靠控制器构成的闭环系统,使得当执行器发生故障时,也可使闭环系统的所有极点保持在梯形区域内。最后的数值仿真验证了结果的有效性和可行性。     

一类带有执行器故障的随机跳跃系统的可靠控制

研究了一类带有执行器故障的随机跳跃系统的可靠控制问题:主要工作是把此类系统要求转移概率完全已知的条件放宽到了转移概率部分未知的更一般情形,具有更小的保守性.首先,给出了保证此类系统随机稳定的充分条件;然后,提出了此类系统考虑执行器故障时的可靠控制问题,并设计了一个考虑执行器故障的可靠控制器.最后,基于带有执行器故障的可靠控制器设计方法,将问题归结为求解一组线性矩阵不等式的可行解问题.数值仿真算例说明了所得结果的有效性.     

抵御执行器故障的H_∞可靠跟踪控制

针对线性定常系统,考虑连续增益故障模型,研究了具有执行器故障的H_∞可靠跟踪控制问题。首先,设计一个跟踪控制器使得闭环系统保持渐近稳定,同时具有相应的H_∞性能指标。当执行器发生故障时,该系统在原状态反馈控制器作用下无法保持稳定。设计状态反馈可靠跟踪控制器,运用求解线性矩阵不等式(LMI)的方法,完成可靠跟踪控制器的设计。由此可靠跟踪控制器构成的闭环系统可使系统在发生执行器故障后仍保持渐近稳定,且满足相应的H_∞性能指标。最后,数值仿真验证了该可靠跟踪控制器的有效性和可行性。     

不确定离散模糊系统的保性能可靠控制

对于一类具有执行器故障的不确定离散模糊系统,研究其保性能可靠控制器设计问题。在更一般性的连续型执行器故障模型基础上,运用模糊Lyapunov函数和线性矩阵不等式(LMI)技术,推导出状态反馈保性能可靠控制器存在的充分条件,并给出了最优化可靠控制器设计的拟凸优化方法。     

基于事件触发的线性网络化控制系统主-被动混合容错控制设计

针对一类具有时变时延的线性网络化控制系统(NCS),在离散事件触发通信机制下,研究了执行器任意失效故障的主-被动混合容错控制问题.建立了基于事件触发机制的闭环故障系统模型,设计了能使系统在发生故障集以内的故障时稳定的被动容错控制器.同时,设计故障诊断观测器估计任意执行器失效故障的大小,一旦获得准确的故障信息,立即重构控制器以补偿故障的影响.所设计的主-被动混合容错控制器在执行器任意失效故障下,不但能使系统稳定而且具有良好的控制性能.仿真算例验证了本文方法可在确保故障系统稳定的前提下能有效地节约网络通信资源.     

带有执行器故障的Lurie时滞系统的可靠控制

研究了带有执行器故障的Lurie时滞系统的可靠控制问题.利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,给出了Lurie时滞系统存在可靠控制器的LM I形式的充分判据.所设计的控制器可以容忍执行器的一定故障,并且保证整个闭环系统是绝对稳定的.     

执行器故障的连续时间系统的可靠H∞控制

研究了带有执行器故障的连续时间系统的可靠H∞控制问题,采用了一种更实际的执行器故障模型.给出了系统存在可靠H∞控制器的LM I形式的充分判据以及控制器的设计方法.所设计的可靠H∞控制器可以容忍一定的执行器故障,保证整个闭环系统是渐近稳定的且满足一定的H∞性能.进一步,为了降低闭环系统的H∞性能的保守性,提出了一个具有LM Is约束的凸优化方法.最后,通过一个仿真例子说明了所给设计方法的有效性.     

传感器/执行器失效的电动汽车EPS鲁棒容错控制

针对电动汽车电动助力转向(EPS)系统同时存在参数不确定性、传感器故障和执行器故障的情况,建立了EPS系统的动力学模型。设计了系统的鲁棒容错控制器。设计的控制器既保证系统在传感器和执行器正常工作及发生故障时闭环系统的完整性,又保证系统在参数不确定性下的鲁棒稳定性。对EPS系统进行容错控制,针对传感器和执行器的不同故障隶属度情况进行了仿真比较。仿真结果表明了该方法的有效性,进一步完善了EPS系统的可靠性和鲁棒性。     

时滞不确定系统静态输出反馈可靠控制

针对时滞不确定线性系统,提出了具有执行器故障的静态输出反馈控制问题.首先给出了系统无故障时设计控制器使系统保持渐近稳定的充分条件;然后讨论了对于同一系统同一控制器在执行器发生故障时系统出现不稳定的情况;下一步,针对同一故障模型重新设计静态输出反馈控制器使系统在发生故障后仍保持渐近稳定;最后,数值仿真验证了结果的有效性.     

抵御执行器故障扰动的二次性能指标可靠控制

针对线性不确定系统,在设计不确定系统保性能问题的基础上,提出了带有执行器故障的二次性能指标可靠控制问题。第一,设计静态输出反馈控制器给出了系统渐近稳定的充分条件,且满足二次性能指标。第二,考虑执行器连续增益故障,此时系统在原静态输出反馈控制器下无法维持原性能甚至是稳定性。第三,利用LMI给出了静态输出反馈可靠控制器且满足二次性能指标的设计方法。此控制器可使线性不确定系统在发生执行器故障后满足二次性能指标且依然保持稳定。最后,根据MATLAB仿真结果证明了该可靠控制器的科学性和严谨性。     

不确定线性系统区域极点配置静态输出反馈可靠控制

对含有状态不确定项的线性系统,在连续增益故障模型的基础上,提出带有执行器故障的圆形区域极点配置的静态输出反馈的可靠控制问题.首先给出了在不考虑故障时设计控制器使系统保持渐近稳定的充分条件;然后讨论了对于同一系统同一控制器在考虑执行器故障时系统出现不稳定;接下来,针对同一故障模型重新设计静态输出反馈控制器使系统在发生故障后仍保持渐近稳定.利用线性矩阵不等式(LMI),在考虑执行器故障模型的基础上,给出了圆形区域极点配置的静态输出反馈的可靠控制器存在的充分条件.仿真结果进一步说明当系统发生故障时,正常控制的闭环系统极点可能离开所给定的圆形区域,而可靠控制的闭环系统仍然会保持极点在给定的圆形区域内,从而看出对系统进行极点配置的静态输出反馈的可靠控制的必要性.     

汽车驾驶机器人的自适应执行器故障补偿控制设计

针对汽车驾驶机器人可能发生的不确定执行器故障无法驱动机械腿正常工作,进而影响汽车行驶过程中的安全性,提出一种基于Backstepping的自适应容错控制方法.利用Backstepping对机械腿进行控制,针对各故障情况分别设计故障补偿控制器,通过定义故障指示函数将多设计加权融合成一个综合控制器.基于自适应方法对综合控制器参数进行更新.基于Matlab/simulink仿真验证此方法的有效性.结果表明:该控制方法能保证执行器在发生不确定故障时,汽车驾驶机器人控制系统仍稳定运行,并渐近跟踪给定的控制指令.     

基于LMI的鲁棒H∞容错动态输出反馈控制设计

针对线性不确定系统,研究了其执行器失效情况下鲁棒容错H∞动态输出反馈控制设计问题.基于连续型执行器故障模型,利用线性矩阵不等式(LMI)方法提出了线性不确定系统动态输出反馈H∞容错控制器存在的充分条件,给出了动态输出反馈H∞控制器的设计方法.所获得的控制器不仅能使故障系统鲁棒稳定,并且能达到给定的H∞性能指标.仿真实例证明了所提出设计方法的有效性.     

带有多个状态滞后的连续系统正实控制

针对以往研究的连续系统中没有同时考虑多个状态滞后和执行器故障的情况，对带有多个状态滞后的连续系统进行了研究.通过理论分析得出了这类系统渐近稳定且扩展严格正实的充分条件.在此基础上，对这类系统存在不确定性和执行器故障的情况进行了研究.结果表明，所设计的正实控制器能够保证闭环系统对容许不确定性及执行器故障都是渐近稳定和扩展严格正实的.同时，通过实例分析，说明所提出的正实控制器设计方法可行且有效.     

时变时滞不确定系统鲁棒完整性控制

研究了具有结构不确定和时变时滞特性系统的时滞依赖鲁棒完整性控制器设计问题.利用Newton-Leibniz转换关系式中各项间的相互联系而获得了新的时滞依赖稳定性指标,该指标保守性较小.基于该时滞依赖稳定性指标,结合Lyapunov稳定性理论和LMI方法,针对系统可能发生传感器或执行器故障的情况,给出了时滞依赖完整性控制器的设计方法.仿真研究表明,所设计的完整性控制器对传感器和执行器故障具有良好的稳定作用.     

广义非线性系统的可靠H∞输出跟踪控制

针对一类广义非线性系统的可靠H∞输出跟踪控制问题,应用Tagaki-Sugeno(T-S)模糊控制方法,在执行器发生故障的情况下设计可靠控制器,使系统输出能跟踪参考信号,且跟踪误差系统渐近稳定并满足给定的H∞跟踪性能.基于线性矩阵不等式方法,给出了广义非线性系统实现H∞输出跟踪的充分条件,以及可靠控制器的设计.仿真结果表明了所设计的控制器在执行器正常或发生故障时的有效性.     

一类不确定关联系统的分散保性能满意容错控制

针对一类具有参数不确定性和非线性关联方式的关联离散系统,研究了执行器发生故障时分散保性能状态反馈满意容错控制器的设计。在一个更一般和更实际的连续型执行器增益故障模型下,导出了分散控制器存在的条件,给出了一组分散保性能满意容错控制器的参数化表示。最后,通过建立和求解一个凸优化问题,给出了使得闭环性能指标上界最小化的最优分散保性能满意容错控制器的设计方法。仿真算例验证了方法的有效性。     

一类不确定时滞系统的鲁棒容错控制

针对一类线性时滞不确定系统,研究了在执行器失效情况下的鲁棒容错控制问题。在采用具有更广泛意义的执行器连续故障模型下,给出了线性不确定时滞系统对执行器故障保持渐近稳定,并且满足给定干扰衰减指标的鲁棒控制器的存在条件和设计方法。最后仿真结果验证了该方法的可行性和正确性。