【摘要】：在現(xiàn)代工業(yè)過程中,元器件的失效或人員操作不當(dāng)常常導(dǎo)致執(zhí)行器與傳感器故障,這會(huì)引起系統(tǒng)性能的下降,甚至發(fā)生嚴(yán)重的事故,因此提高系統(tǒng)的可靠性與安全性對(duì)于控制系統(tǒng)有著重要的意義。目前現(xiàn)有的關(guān)于故障重構(gòu)與容錯(cuò)控制的結(jié)果大多是基于線性模型或是考慮單一故障。由于工程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,很多系統(tǒng)呈現(xiàn)參數(shù)跳變特性與非線性特性。而針對(duì)這種復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的故障重構(gòu)與容錯(cuò)控制問題的研究仍然很少。因此本課題將在馬爾科夫跳變系統(tǒng)、半馬爾科夫系統(tǒng)、離散非線性系統(tǒng)等復(fù)雜系統(tǒng)中考慮對(duì)于執(zhí)行器故障、傳感器故障以及多類型故障耦合情況下的故障重構(gòu)與容錯(cuò)控制問題。本論文將結(jié)合隨機(jī)控制理論、滑�？刂评碚�、自適應(yīng)控制理論、觀測(cè)器設(shè)計(jì)等技術(shù)方法,對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的故障重構(gòu)與容錯(cuò)控制問題展開深入研究,論文主要研究內(nèi)容如下:針對(duì)帶有時(shí)變時(shí)滯的非線性馬爾科夫跳變系統(tǒng),在第二章中考慮了執(zhí)行器故障的重構(gòu)與容錯(cuò)控制問題。提出了自適應(yīng)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法來重構(gòu)系統(tǒng)狀態(tài)與執(zhí)行器故障。該觀測(cè)器可以對(duì)不同種類的故障進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì),包括時(shí)變故障與定常故障。在本章內(nèi)容中,考慮的執(zhí)行器故障為導(dǎo)數(shù)有界,這意味著故障的界可以充分大�；跔顟B(tài)和故障的觀測(cè)值,設(shè)計(jì)了容錯(cuò)控制器來保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)所給定的線性矩陣不等式,可以方便的計(jì)算出所需的設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)于帶有時(shí)變狀態(tài)轉(zhuǎn)移速率矩陣的半馬爾科夫跳變系統(tǒng),第三章考慮傳感器故障下的狀態(tài)估計(jì)與容錯(cuò)控制問題。首先通過線性變換將原始系統(tǒng)分解為兩個(gè)子系統(tǒng),第一個(gè)子系統(tǒng)只存在外部干擾,第二個(gè)子系統(tǒng)只存在傳感器故障。分別針對(duì)兩個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)魯棒觀測(cè)器。通過在每個(gè)觀測(cè)器中引入的滑模不連續(xù)項(xiàng),抑制了干擾與傳感器故障對(duì)于系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的影響,并且該方法可以避免觀測(cè)器維數(shù)過高的問題。提出了基于積分滑模的控制方法來保證系統(tǒng)的隨機(jī)穩(wěn)定性,該方法可以同時(shí)鎮(zhèn)定狀態(tài)估計(jì)空間與估計(jì)誤差空間,并且保證了滑模面的可達(dá)性。第四章中考慮了具有不完整模態(tài)信息隨機(jī)跳變系統(tǒng)的同時(shí)執(zhí)行器失效與傳感器故障的容錯(cuò)控制問題。首先將傳感器故障與系統(tǒng)狀態(tài)增廣得到了一個(gè)新的增廣描述系統(tǒng),針對(duì)新得到的增廣系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自適應(yīng)魯棒觀測(cè)器來同時(shí)重構(gòu)系統(tǒng)狀態(tài)、執(zhí)行器效率因子與傳感器故障�；诘玫降挠^測(cè)值,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)滑模容錯(cuò)控制方法。在該設(shè)計(jì)中,將通過自適應(yīng)控制技術(shù)來抑制外部干擾,并不需要知道干擾的準(zhǔn)確信息。針對(duì)于同時(shí)帶有執(zhí)行器故障與傳感器故障的離散非線性系統(tǒng),考慮故障重構(gòu)與容錯(cuò)控制問題。在第五章中,首先將離散的非線性系統(tǒng)通過T-S模糊模型來表示,通過增廣技術(shù)將系統(tǒng)狀態(tài)、執(zhí)行器故障與傳感器故障增廣為一個(gè)新的系統(tǒng),并采用分段容錯(cuò)控制方法保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性�？紤]基于滑模技術(shù)的容錯(cuò)控制方法在數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用問題。在第六章中,執(zhí)行器故障模型更具一般性,包括執(zhí)行器完全失效、執(zhí)行器部分失效、執(zhí)行器卡死情況。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,傳感器數(shù)據(jù)與控制信號(hào)需要通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)分別傳輸?shù)娇刂破鞫伺c被控對(duì)象一側(cè)。通過獲得的狀態(tài)的量化值,提出新的自適應(yīng)模糊機(jī)制逼近未知的非線性項(xiàng)。研究了基于量化信號(hào)的滑模容錯(cuò)控制方法來鎮(zhèn)定閉環(huán)系統(tǒng),該方法可以完全抑制量化現(xiàn)象與故障對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定的影響,并保證了滑模面的嚴(yán)格可達(dá)性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP13

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本文編號(hào)：2639274