本文關(guān)鍵詞：基于自適應(yīng)多設(shè)計(jì)融合的執(zhí)行器故障補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用

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【摘要】：執(zhí)行器故障將導(dǎo)致被控系統(tǒng)性能的損失,嚴(yán)重的執(zhí)行器故障會(huì)造成系統(tǒng)性能的逐漸惡化,甚至破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了提高系統(tǒng)的安全性和可靠性,設(shè)計(jì)一種能夠有效處理此類執(zhí)行器故障的控制方法是十分必要的。因此,對(duì)于執(zhí)行器故障補(bǔ)償技術(shù)的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。在實(shí)際系統(tǒng)中,執(zhí)行器故障本質(zhì)上是不確定的。通常情況下,系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法事先得知哪些執(zhí)行器會(huì)發(fā)生故障,且故障發(fā)生的時(shí)間、故障類型、故障值的大小,以及故障參數(shù)都是不確定的。此外,執(zhí)行器故障會(huì)導(dǎo)致被控系統(tǒng)變?yōu)榍夫?qū)動(dòng)系統(tǒng),在該情況下,故障補(bǔ)償控制設(shè)計(jì)變得更加困難和復(fù)雜。本文針對(duì)具有未知系統(tǒng)參數(shù)和執(zhí)行器故障的非線性系統(tǒng),提出了新的自適應(yīng)執(zhí)行器故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法。該方法能夠在不需要知道執(zhí)行器故障發(fā)生時(shí)間和故障參數(shù)等具體信息的條件下,有效補(bǔ)償不確定執(zhí)行器故障對(duì)系統(tǒng)性能造成的影響,同時(shí)保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和漸近跟蹤性能。論文的貢獻(xiàn)之處在于發(fā)展了新的自適應(yīng)非線性故障補(bǔ)償控制算法,擴(kuò)展了自適應(yīng)非線性控制理論體系,為故障補(bǔ)償控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和算法應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。本文研究了如下幾類非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)執(zhí)行器故障補(bǔ)償問(wèn)題,并取得了系統(tǒng)性的研究成果,包括:(1)針對(duì)含有不確定執(zhí)行器故障的多變量參數(shù)嚴(yán)格反饋系統(tǒng),研究其輸出跟蹤控制問(wèn)題,設(shè)計(jì)基于反演控制的自適應(yīng)故障補(bǔ)償控制方法。(2)針對(duì)多輸入多輸出可反饋線性化的非線性系統(tǒng),研究其故障情況下的輸出跟蹤控制問(wèn)題,基于反饋線性化設(shè)計(jì)了自適應(yīng)執(zhí)行器故障控制策略。(3)分別針對(duì)系統(tǒng)參數(shù)已知和未知情況下的剛體系統(tǒng),建立能夠有效處理不確定執(zhí)行器故障的多控制器融合的故障補(bǔ)償技術(shù),并分析所設(shè)計(jì)的控制器關(guān)于未建模動(dòng)態(tài)的魯棒性。(4)研究了欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障補(bǔ)償控制問(wèn)題。與傳統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)所不同,本文針對(duì)故障信息未知的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),提出一種基于多模型切換的自適應(yīng)容錯(cuò)控制方法,其能夠有效解決欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行器故障不確定的問(wèn)題,保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定。針對(duì)每一種可補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行器故障模式,通過(guò)求解驅(qū)動(dòng)方程得到參數(shù)化的控制器結(jié)構(gòu);依據(jù)定義的故障指示函數(shù)將各故障情況下設(shè)計(jì)的獨(dú)立控制器融合成一個(gè)能夠解決所有故障情況的綜合控制器。為處理對(duì)象參數(shù)和執(zhí)行器故障的不確定性,構(gòu)造了誤差動(dòng)態(tài)方程,并基于該誤差方程設(shè)計(jì)了相應(yīng)的自適應(yīng)律從而對(duì)未知控制器參數(shù)進(jìn)行在線更新。理論分析表明:本文所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)執(zhí)行器故障補(bǔ)償策略能夠在不需要任何故障檢測(cè)和診斷單元的情況下,有效地處理執(zhí)行器故障的不確定性,同時(shí)保證了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和漸近跟蹤性能。為驗(yàn)證所提出的自適應(yīng)故障補(bǔ)償控制策略的有效性,將本文所設(shè)計(jì)的故障補(bǔ)償控制算法應(yīng)用于近空間飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng),不同類型執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)下的航天器姿態(tài)控制,以及3D剛體角速率控制系統(tǒng)中。仿真研究表明:本文所提出的故障補(bǔ)償算法有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)執(zhí)行器未知故障的補(bǔ)償,并保證了整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與漸近跟蹤性能。
【關(guān)鍵詞】：執(zhí)行器故障 自適應(yīng)控制 執(zhí)行器故障補(bǔ)償 多設(shè)計(jì)融合 欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V267
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 注釋表14-15
• 縮略詞15-16
• 第一章 緒論16-24
• 1.1 研究背景及意義16-17
• 1.2 執(zhí)行器故障補(bǔ)償技術(shù)的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.2.1 基于故障檢測(cè)和診斷的故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)17
• 1.2.2 基于多模型切換控制的故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)17-18
• 1.2.3 基于自適應(yīng)的故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)18
• 1.2.4 基于魯棒控制的故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)18-19
• 1.2.5 基于智能算法的故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)19-21
• 1.3 自適應(yīng)控制系統(tǒng)的概念21-22
• 1.4 本文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排22-24
• 第二章 基本問(wèn)題和技術(shù)背景24-39
• 2.1 引言24
• 2.2 技術(shù)背景24-35
• 2.2.1 反演控制24-32
• 2.2.2 反饋線性化32-35
• 2.3 執(zhí)行器故障補(bǔ)償問(wèn)題35-37
• 2.4 本章小結(jié)37-39
• 第三章 參數(shù)嚴(yán)格反饋非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)故障補(bǔ)償39-54
• 3.1 引言39
• 3.2 問(wèn)題描述39-42
• 3.2.1 系統(tǒng)模型和執(zhí)行器故障模型39-41
• 3.2.2 可補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行器故障模式41-42
• 3.2.3 控制問(wèn)題42
• 3.3 執(zhí)行器故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)42-51
• 3.3.1 理想的非線性反饋控制信號(hào)設(shè)計(jì)43-44
• 3.3.2 理想的執(zhí)行器故障補(bǔ)償器設(shè)計(jì)44-45
• 3.3.3 自適應(yīng)執(zhí)行器故障補(bǔ)償器設(shè)計(jì)45-50
• 3.3.4 所有故障情況下的自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)50-51
• 3.4 控制性能驗(yàn)證51-53
• 3.4.1 系統(tǒng)模型51
• 3.4.2 仿真研究51-53
• 3.5 結(jié)論53-54
• 第四章 可反饋線性化非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)故障補(bǔ)償54-82
• 4.1 引言54
• 4.2 問(wèn)題描述54-58
• 4.2.1 具有執(zhí)行器故障的系統(tǒng)54-55
• 4.2.2 故障模式集55
• 4.2.3 控制問(wèn)題55-56
• 4.2.4 反饋線性化設(shè)計(jì)56-58
• 4.3 執(zhí)行器故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)58-68
• 4.3.1 執(zhí)行器故障補(bǔ)償控制目標(biāo)58-59
• 4.3.2 理想的執(zhí)行器故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)59-61
• 4.3.3 自適應(yīng)執(zhí)行器故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)61-66
• 4.3.4 針對(duì)所有故障模式的控制器設(shè)計(jì)66-67
• 4.3.5 含有零動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)67-68
• 4.4 仿真研究68-81
• 4.4.1 近空間飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)68-69
• 4.4.2 仿真條件69-71
• 4.4.3 仿真結(jié)果71-81
• 4.5 本章小結(jié)81-82
• 第五章 系統(tǒng)參數(shù)已知的剛體系統(tǒng)的自適應(yīng)故障補(bǔ)償82-104
• 5.1 引言82
• 5.2 問(wèn)題描述82-85
• 5.2.1 剛體系統(tǒng)模型和執(zhí)行器故障模型82-84
• 5.2.2 可補(bǔ)償?shù)墓收夏Ｊ郊?/span>84-85
• 5.2.3 控制問(wèn)題85
• 5.3 執(zhí)行器故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)85-98
• 5.3.1 自適應(yīng)故障補(bǔ)償器設(shè)計(jì)目標(biāo)85
• 5.3.2 Backstepping控制設(shè)計(jì)85-86
• 5.3.3 理想的執(zhí)行器故障補(bǔ)償器設(shè)計(jì)86-88
• 5.3.4 自適應(yīng)執(zhí)行器故障補(bǔ)償器設(shè)計(jì)88-93
• 5.3.5 所有故障情況下的自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)93
• 5.3.6 魯棒性能分析93-98
• 5.4 仿真研究98-102
• 5.4.1 故障情況與仿真條件99-102
• 5.4.2 仿真結(jié)果102
• 5.5 總結(jié)102-104
• 第六章 剛體系統(tǒng)的自適應(yīng)執(zhí)行器故障和干擾補(bǔ)償104-122
• 6.1 引言104-105
• 6.2 問(wèn)題描述105-109
• 6.2.1 剛體系統(tǒng)模型和執(zhí)行器故障模型105-107
• 6.2.2 飛輪驅(qū)動(dòng)的航天器控制問(wèn)題107-108
• 6.2.3 推力器驅(qū)動(dòng)的航天器控制問(wèn)題108-109
• 6.3 飛輪驅(qū)動(dòng)的航天器的執(zhí)行器故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)109-116
• 6.3.1 執(zhí)行器故障補(bǔ)償目標(biāo)110
• 6.3.2 自適應(yīng)Backstepping反饋控制設(shè)計(jì)110-111
• 6.3.3 理想的執(zhí)行器故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)111-113
• 6.3.4 自適應(yīng)執(zhí)行器故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)113-116
• 6.4 推力器驅(qū)動(dòng)下的執(zhí)行器故障補(bǔ)償設(shè)計(jì)116-117
• 6.5 仿真研究117-121
• 6.5.1 航天器模型117-118
• 6.5.2 單飛輪故障下的姿態(tài)調(diào)節(jié)118-119
• 6.5.3 單飛輪故障下的姿態(tài)跟蹤119-120
• 6.5.4 多推力器故障下的姿態(tài)跟蹤120-121
• 6.6 總結(jié)121-122
• 第七章 欠驅(qū)動(dòng)剛體系統(tǒng)的自適應(yīng)容錯(cuò)控制122-136
• 7.1 引言122
• 7.2 問(wèn)題描述與背景122-124
• 7.3 系統(tǒng)參數(shù)已知故障未知情況下的控制器設(shè)計(jì)124-127
• 7.3.1 各種故障情況下的控制律設(shè)計(jì)124-125
• 7.3.2 各種故障情況下狀態(tài)預(yù)測(cè)器設(shè)計(jì)125-126
• 7.3.3 控制切換機(jī)制126
• 7.3.4 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性126-127
• 7.4 系統(tǒng)參數(shù)和故障均未知情況下的控制器設(shè)計(jì)127-132
• 7.4.1 各種故障情況下的控制律設(shè)計(jì)127-129
• 7.4.2 多自適應(yīng)狀態(tài)預(yù)測(cè)器設(shè)計(jì)129-130
• 7.4.3 狀態(tài)預(yù)測(cè)器參數(shù)的自適應(yīng)律130-131
• 7.4.4 控制切換機(jī)制131
• 7.4.5 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性131-132
• 7.5 仿真研究132-135
• 7.5.1 仿真條件132
• 7.5.2 仿真結(jié)果132-133
• 7.5.3 討論133-135
• 7.6 總結(jié)135-136
• 第八章 總結(jié)與展望136-138
• 8.1 本文的主要工作136-137
• 8.2 后續(xù)研究工作的展望137-138
• 參考文獻(xiàn)138-150
• 致謝150-151
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文151-153

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10 杜海蓮;基于數(shù)據(jù)融合的控制系統(tǒng)執(zhí)行器故障診斷[D];華北電力大學(xué)（河北）;2006年

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本文編號(hào)：753837