离散事件触发NCS的容错与容侵协同设计方法

针对执行器失效故障和网络攻击,在离散事件触发通讯机制(DETCS)下研究了NCS故障容错与攻击容侵的协同设计问题.首先,给出了DETCS下NCS故障容错与攻击容侵的架构,并以此为基础建立了集触发条件、执行器故障与网络攻击于一体的闭环NCS故障/攻击并存模型;其次,通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函,综合应用时滞系统理论、改进的Wirtinger不等式及互反凸组合引理等,推证出了NCS可容错故障/容侵攻击的完整性充分条件,进而给出了鲁棒H_∞容错/容侵控制器与事件触发矩阵的协同设计方法,达到了容错/容侵控制与网络通讯间的协同设计目标;最后,通过仿真算例验证了所得理论结果的有效性与可行性.     

DETCS下非均匀传输NCS故障调节与通讯的协同设计

在离散事件触发通讯机制(discrete event-triggered communication scheme,DETCS)下,针对一类存在执行器时变故障的系统,研究了非均匀传输NCS故障调节与通讯协同设计的问题.首先,基于系统等周期的采样数据,采用时延分析法和Lyapunov稳定性理论,给出了具有鲁棒H_∞性能的状态及故障估计观测器设计方法,实现了对系统状态及连续时变故障的快速准确估计;进一步在DETCS下,基于所获得的故障和状态信息,以求解LMI的方式给出了同时求取具有故障调节能力状态反馈增益矩阵与事件触发权矩阵的方法,实现了故障调节与通讯的协同设计;最后,通过仿真算例验证了所提方法的可行性和有效性.     

离散事件触发通讯下不确定NCS的α-稳定鲁棒容错设计

基于离散事件触发通讯机制,考虑执行器失效故障及饱和约束,研究时变时延网络化控制系统(NCS)具有α-稳定的鲁棒容错设计问题.针对具有参数不确定性的线性受控对象,采用状态反馈控制策略,建立一个涵盖执行器故障与饱和约束、网络时延、事件触发通讯约束的闭环故障NCS模型,基于Lyapunov稳定性理论、容错吸引域定义及改进的Jessen不等式推证出使闭环故障NCS具有α-稳定的时滞/事件共同依赖的不变集充分条件,并给出NCS鲁棒容错控制器与通讯触发参数协同设计的方法.以仿真算例验证文中所述方法可使闭环故障系统具有α-稳定性,进而揭示系统动态性能与数据传输量之间的定性关系.     

DoS攻击下CPS双重安全控制与通讯的协同设计

针对一类具有执行器故障与DoS攻击的CPS,基于边缘计算理念,并结合事件触发通讯机制,研究了CPS双重安全控制与通讯的协同设计问题.首先,基于边缘计算的资源分配,提出DETCS下的CPS双重安全控制架构,并把有限能量的DoS攻击转化为一种特殊的时延,在DETCS下建立了具有故障与攻击的闭环CPS模型;其次,借助时滞系统理论,通过构造适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,利用仿射Bessel-Legendre等不等式,分别给出了DoS攻击下状态与故障估计鲁棒观测器、执行器故障和DoS攻击双重安全控制与通讯协同设计的方法;最后,通过对四容水箱系统的仿真验证了文中理论结果的有效性与可行性.     

执行器饱和NCS的满意容错与通信的协同设计

基于离散事件触发通信机制(DETCS),研究了非均匀传输周期下具有执行器饱和的网络化控制系统(NCS)的满意容错与网络通信间的协同设计问题.通过将保持器端数据的非均匀更新周期对系统性能的影响转化到对系统时滞的影响中,建立了一个具有执行器饱和的闭环故障NCS模型,该模型将建模中的多个因素集成在一个框架下,如执行器饱和约束、执行器失效、事件触发条件、非均匀传输周期、传输时延、计算时延和控制器信息等.基于不连续的Lyapunov-Krasovskii函数、互反凸技术、线性凸组合技术及琴生不等式,为具有多种性能的闭环故障系统提出了网络通信与满意容错间的协同设计方法.借助仿真算例,验证了提出的协同设计方法的有效性,此外还对不同性能指标和DETCS中的触发参数间的相容性进行了分析.     

NCS的事件触发通讯机制与主被动混合鲁棒容错控制设计

针对具有时变时延的不确定线性网络化控制系统,在离散事件触发通讯机制下,研究了执行器任意失效故障情形下的主被动混合鲁棒容错控制.首先建立基于离散事件触发通讯机制的闭环故障NCS模型,并基于H∞控制思想,设计了鲁棒故障检测观测器;其次通过离线设计的被动鲁棒容错控制器确保系统在已知故障发生时稳定,未知故障发生初期减缓系统性能下降速度;同时利用鲁棒故障检测观测器实时在线检测故障,并重构控制器补偿任意未知故障对系统的影响.最后通过仿真算例验证了文中方法的可行性.     

NCS的一种具有动稳过程共同约束的事件触发通讯与鲁棒容错协同设计方法

针对具有时变时延的网络化控制系统,从确保系统性能与节约网络通讯资源出发,提出一种具有动稳过程共同约束的离散事件触发通讯机制,并在该通讯机制下建立闭环故障NCS模型;基于Lyapunov稳定性理论及改进的Jensen不等式等技术,推证出使系统具有鲁棒完整性和低数据发送率的时滞/事件依赖的少保守性充分条件,并给出NCS容错控制器与通讯机制协同设计的方法;通过仿真算例验证提出的新型离散事件触发通讯机制的优越性.仿真结果表明,在相同数据发送量下,较现存通讯机制,文中方法对系统性能的影响更小,且对动态性能有一定的改善作用.     

事件触发机制下NNCS的主被动混合容错控制

考虑到具有时变时延的实际NCS的非线性特性以及执行器发生失效故障的随机性,研究了离散事件触发机制下NNCS主被动混合容错控制.首先通过T-S模糊模型建模,并利用并行分布补偿方案以及构造Lyaounov-Krasovskii泛函等方法,基于H∞控制思想,设计了故障检测观测器,以实现对故障的在线检测;然后通过离线设计的被动容错控制器确保在已知故障发生时系统保持稳定,在未知故障发生初期,能减缓系统性能下降的速度,并通过重构控制器来补偿未知故障对系统的影响;最后通过一个仿真算例验证了离散事件触发方式对网络资源的节约性以及所采用方法的有效性.     

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。     

两类故障的鲁棒容错控制

为提高系统可靠性,改善系统故障情况下的容错控制效果,推导出系统传感器和执行器两类故障的统一数学模型,同时考虑控制对象的不确定性,基于Lyapunov渐近稳定性理论和Riccati方程研究鲁棒容错控制器设计方法,设计基于状态观测器的船舶航向/横摇鲁棒容错控制器,并对其进行仿真检验.结果证实了该方法的有效性.     

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.     

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.     

多移动机器人鲁棒容错编队控制算法研究

针对基于领航者-跟随者编队架构的多移动机器人系统,考虑存在执行器故障且拓扑结构为非平衡拓扑的情况,给出了多移动机器人实现编队运行的鲁棒容错控制算法。利用反馈线性化、降价等方法处理机器人模型的非线性及非完整约束等问题;考虑非平衡拓扑结构下的执行器故障问题,设计基于领航者-跟随者法的鲁棒容错控制方法;最后在Matlab/Simulink环境下对算法进行了软件仿真,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

网络控制系统的鲁棒H_∞容错控制器设计

研究了一类网络控制系统(NCS)的鲁棒H∞容错控制器设计问题.基于一类包含网络时延和数据包丢失的网络控制系统模型,考虑了更实际、更一般的执行器部分失效情况.然后利用Lyapunov Krasovskii泛函方法,通过引入一个积分不等式,得到了此类系统的H∞鲁棒稳定性条件并且采用锥补线性化算法给出了此类系统的鲁棒H∞容错控制器的设计方法.最后,数例仿真结果表明,对于任意容许的不确定性以及执行器的故障,所设计的控制器能使系统鲁棒渐近稳定,且具有H∞范数界.     

离散多时滞系统时滞记忆鲁棒H_∞容错控制

针对具有多个时滞状态的线性不确定离散时间系统,基于李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式方法（LMI）,采用有时滞记忆的状态反馈控制律,研究了执行器发生故障的情况下,不确定离散多时滞系统的鲁棒H∞容错控制问题.在采用离散执行器故障模型条件下,给出了没有干扰输入时,系统存在有时滞记忆的状态反馈鲁棒容错控制器的一个充分条件;...     

多移动机器人鲁棒容错编队控制算法研究

针对基于领航者-跟随者编队架构的多移动机器人系统,考虑存在执行器故障且拓扑结构为非平衡拓扑的情况,给出了多移动机器人实现编队运行的鲁棒容错控制算法。利用反馈线性化、降价等方法处理机器人模型的非线性及非完整约束等问题;考虑非平衡拓扑结构下的执行器故障问题,设计基于领航者-跟随者法的鲁棒容错控制方法;最后在Matlab/Simulink环境下对算法进行了软件仿真,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。
     

模态依赖时滞不确定Markov跳变系统的鲁棒H∞容错控制

针对一类具有模态依赖时变输入时滞和状态时滞的不确定奇异Markov跳变系统,在执行器发生故障的情况下,研究了其鲁棒H_∞容错控制问题. 基于积分不等式的方法,通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函,给出了此类系统存在无记忆状态反馈鲁棒容错控制律的充分条件,并设计了鲁棒H_∞容错控制器,使得闭环系统稳定且满足一定的H_∞干扰抑制水平.最后,仿真算例验证了该方法的有效性.     

不确定时滞非线性混沌系统的鲁棒容错控制

研究了不确定时滞非线性混沌的鲁棒容错控制问题.基于Lyapunov泛函,运用线性矩阵不等式(LMI)的方法,利用不稳定不动点的控制,引入一种带时滞的状态反馈控制律,对传感器或执行器失效的情况,证明了一类非线性不确定时滞混沌系统对于传感器和执行器故障都具有完整性.结果表明,所给出的控制律不但可以实现对某些传感器故障的容错,而且在正常和故障情况下对于传感器和执行器故障都具有完整性.     

基于输出反馈的离散时滞系统的鲁棒容错控制

研究离散一步时滞系统的鲁棒容错控制.采用带有时滞项的输出反馈控制律,针对传感器和执行器故障进行D稳定容错控制研究,并给出满足D稳定的充分条件,以及控制器的设计方法和步骤.较之单纯的完整性设计在容错的目标方面具有更大的适应性和实用性.仿真实验验证了该方法的有效性.     

一种基于鲁棒残差生成器的故障估计方法

针对具有加性执行器或元部件故障的线性系统,在独立故障的个数大于独立测量个数的情况下,提出了一种基于鲁棒残差生成器的故障估计方法.该故障估计方法是基于鲁棒残差生成器实现的,不需要额外设计动态的故障估计器.故障估计的实现需要:设计编码集;基于编码集设计鲁棒残差生成器;利用编码集和鲁棒残差生成器的输出实现故障分离和故障的渐近估计.给出了本方法的适用的充分条件,并证明了故障估计误差的渐近收敛性.最后,针对具有加性执行器故障的线性系统,基于几何方法设计鲁棒残差生成器,并进行了故障检测、故障分离和故障估计的仿真.仿真结果验证了本故障估计方法的有效性.