具有状态和控制时滞系统的鲁棒容错控制研究

研究一类不确定时滞系统的鲁棒容错控制问题。针对既有状态滞后,又有控制输入滞后,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,通过引入无记忆状态反馈控制器,基于Lyapunov稳定性理论和LMI方法,给出了一个在传感器完全失效或执行器完全失效故障情况下具有鲁棒容错性能的充分条件,并用求解线性矩阵不等式组方便地得到容错控制器设计结果。最后用算例验证了该设计方法的有效性和可行性。     

不确定离散时滞系统的鲁棒容错控制

考虑了线性离散时滞系统的容错控制问题,给出了传感器失效时系统具有完整性的一个充分条件,并推广到执行器失效的情况。在此基础上得到了更接近实际系统的不确定时滞离散系统问题,给出鲁棒容错控制时滞系统的设计方法和步骤,并用实例验证了所给方法的有效性。     

不确定离散时滞线性系统的完整性设计

在工程实践中 ,容错控制问题关系到系统的可靠性和安全性 ,具有十分重要的意义。研究了离散时滞线性系统的状态反馈容错控制问题。针对离散时滞系统的传感器和执行器的失效问题 ,基于Lyapunov渐近稳定性理论讨论了其在故障条件下仍具有完整性的充分条件 ,并进一步分析了该系统存在有界参数不确定时的完整性设计 ,提出了保证系统鲁棒稳定的设计算法。研究结果表明 ,该算法能保障系统的容错性和稳定性。仿真数值结果验证了该方法的有效性     

MIMO网络控制系统的容错控制

针对被控对象为多输入多输出的网络控制系统,设传感器与控制器均为时间驱动,未能成功传输数据的传感器节点视为暂时失效,将网络控制系统建模为一类具有时变传感器"故障"的系统。此类系统相当于一个有限子系统的切换系统,借助容错控制和切换系统的理论,基于共同的Lyapunov方法,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件以及控制器和观测器的协同设计方法。最后的仿真验证了方法的有效性。     

一类不确定性系统的重构容错控制

针对一类不确定性系统,进行了重构容错控制算法的研究,通过设计一个虚拟执行器,使故障系统的输出等同于原系统的输出。当执行器部分失效时,提出了一种基于李亚普诺夫理论的重构控制律。当某些执行器完全失效时,提出了一种基于D稳定极点配置和H_∝干扰抑制理论的重构控制律,运用线性矩阵不等式技术寻找可行解,实现了容错的目的。最后,一个飞机模型的仿真实例表明了算法的有效性。     

多变量系统容错设计

本文研究了对任意传感器故障系统的容错设计问题。通过解Lyapunov方程及一个不等式成立与否,可给出反馈律。不仅对性能指标是最优的和好的动态性能,而且对传感器失效仍能保持系统的稳定。     

基于模糊模型的非线性时滞系统的H∞鲁棒容错控制

研究了一类具有时滞的非线性连续系统的H∞鲁棒容错控制。采用具有时滞的T-S模糊模型,在系统存在执行器失效情况下,设计了状态反馈控制器。基于Lyapunov稳定性理论和LMI方法,给出了在执行器失效的情况下系统稳定的充分条件,保证系统的鲁棒渐近稳定。仿真实例验证了方法的有效性。     

线性系统的故障检测和最优容错控制

针对系统中含有执行器故障和传感器故障的情况,研究了线性系统的故障检测和最优容错控制问题。利用Riccati矩阵方程和Sylvester方程设计了故障情况下的动态最优容错控制律,并设计了能同时检测出故障状态和系统状态的增广的降维故障检测器,解决了最优控制中故障状态的物理不可实现问题,从而实现了系统的故障检测和容错控制并能满足二次型性能指标。仿真实例验证了这种故障检测方法和最优容错控制的有效性。     

一类非线性系统的执行器组合故障自适应容错控制

针对一类具有执行器组合故障的多输入单输出非线性最小相位系统提出了自适应容错跟踪控制方案。考虑系统执行器卡死和部分失效组合故障,基于微分几何反馈线性化,设计了模型参考自适应容错控制算法。设计的控制律能够保证系统在执行器故障时闭环系统稳定,而且渐近跟踪给定的参考信号。仿真结果表明了所提方法的有效性。     

卫星姿态系统的抗干扰完整性容错控制

研究了一种线性不确定系统的完整性容错控制问题。针对卫星姿态系统中的执行机构完全失效故障,采用4个反作用飞轮结构进行姿态控制,利用Riccati方程和线性矩阵不等式组,提出一种具有抗干扰特性且对执行机构完全失效故障具有完整性的状态反馈容错控制设计方法。在此基础上进一步得出该控制器可以用于更多种故障形式的结论。最后在卫星姿态系统上对此方法进行了数学仿真,结果验证了该方法的正确性和有效性。     

线性不确定系统的鲁棒容错H∞控制设计

研究了线性不确定系统的鲁棒容错H∞控制问题.当系统既有状态滞后,又有控制输入滞后,而且状态和控制输入的不确定项均满足匹配条件时,运用线性矩阵不等式(LMI)方法,提出了一种针对不确定系统的鲁棒容错反馈控制设计方法.利用该方法设计的闭环系统,不仅在传感器发生故障时具有完整性,而且对于系统的参数不确定性具有鲁棒性.以设计实例及仿真结果验证了这种方法的有效性.     

基于状态多时延模型的NCS鲁棒H_∞容错控制

针对一类具有时变时延和丢包的网络化控制系统,同时考虑模型参数不确定性和外界扰动的影响,基于一种状态多时延模型,以时滞依赖的方法,推证出了确保闭环系统在执行器或传感器发生失效故障时具有鲁棒H∞完整性的判据,并以求解线性或非线性矩阵不等式的方式,给出了鲁棒H∞容错控制器的设计方法。由于模型中考虑了时延下界,且证明过程未进行模型转换和交叉项放大处理,其结果具有较少保守性。最后以一仿真示例验证了所述方法的有效性。     

Fault-tolerant control of linear uncertain systems using H∞ robust predictive control

The robust fault-tolerant control problem of linear uncertain systems is studied. It is shown that a solution for this problem can be obtained from a H∞ robust predictive controller (RMPC) by the method of linear matrix inequality (LMI). This approach has the advantages of both H∞ control and MPC: the robustness and ability to handle constraints explicitly. The robust closed-loop stability of the linear uncertain system with input and output constraints is proven under an actuator and sensor faults condition. Finally, satisfactory results of simulation experiments verify the validity of this algorithm.     

基于内模原理的变结构最优容错控制

针对系统中发生传感器故障和/或执行器故障的情况,兼顾考虑故障对系统内部状态和外部输出的影响,提出了一种物理上可实现的变结构动态最优容错控制方法.该方法首先利用内模原理设计了故障补偿器以补偿故障对系统输出的影响,然后利用Riccati矩阵方程设计了故障情况下的最优容错控制律.为了解决最优容错控制的物理不可实现问题,采用一种新型的降维故障诊断器,在实现故障诊断的同时完成了对系统状态的观测.最后给出了根据故障的发生情况进行变结构调节的动态最优容错控制的设计步骤.仿真结果验证了该方法的有效性和可靠性.     

Robust H∞ guaranteed cost satisfactory fault-tolerant control for discrete-time systems with quadratic D stabilizability

The problem of robust H∞ guaranteed cost satisfactory fault-tolerant control with quadratic D stabilizability against actuator failures is investigated for a class of discrete-time systems with value-bounded uncertainties existing in both the state and control input matrices.Based on a more practical and general model of actuator continuous gain failures,taking the transient property,robust behaviour on H∞ performance and quadratic cost performance requirements into consideration,sufficient conditions for the existence of satisfactory fault-tolerant controller are given and the effective design steps with constraints of multiple performance indices are provided.Meanwhile,the consistency of the regional pole index,H∞ norm-bound constraint and cost performance indices is set up for fault-tolerant control.A simulation example shows the effectiveness of the proposed method.     

基于T-S模糊模型的网络控制系统鲁棒H∝容错控制

针对同时存在网络时延和数据包丢失的网络环境,研究了执行器故障下一类非线性网络控制系统的鲁棒H_∞容错控制问题。基于不确定T-S模糊模型描述的非线性网络控制系统模型,考虑了更实际、更常见的执行器部分失效情况。通过引入一个积分不等式,获得了此类系统的时滞相关鲁棒稳定性条件,且采用锥补线性化算法给出了此类系统的鲁棒H_∞容错控制器设计方法。仿真算例表明,对于任意容许的不确定性以及执行器故障,所设计的控制器能使系统鲁棒渐近稳定,且具有H_∞范数界。       

Output feedback based adaptive robust fault-tolerant control for a class of uncertain nonlinear systems

An adaptive robust approach for actuator fault-tolerant control of a class of uncertain nonlinear systems is proposed. The two chief ways in which the system performance can degrade following an actuator-fault are undesirable transients and unacceptably large steady-state tracking errors. Adaptive control based schemes can achieve good final tracking accuracy in spite of change in system parameters following an actuator fault, and robust control based designs can achieve guaranteed transient response. However, neither adaptive control nor robust control based fault-tolerant designs can address both the issues associated with actuator faults. In the present work, an adaptive robust fault-tolerant control scheme is claimed to solve both the problems, as it seamlessly integrates adaptive and robust control design techniques. Comparative simulation studies are performed using a nonlinear hypersonic aircraft model to show the effectiveness of the proposed scheme over a robust adaptive control based faulttolerant scheme.