執(zhí)行器是工業(yè)過程控制中必要的組成部分,在長期運行過程中極有可能發(fā)生故障。執(zhí)行器本身也存在輸入輸出非線性,若忽略這些固有特性,會降低系統(tǒng)性能。各種不確定性在控制系統(tǒng)中普遍存在,如果不充分考慮這些不確定性,輕則降低系統(tǒng)精度重則引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。本文基于控制工程中存在的執(zhí)行器故障、執(zhí)行器非線性和系統(tǒng)不確定性問題,結合自適應控制理論、Backstepping算法、模糊控制方法,研究幾類非線性系統(tǒng)的自適應容錯控制方案。(1)針對含未知執(zhí)行器故障、未知參數和未知函數的一類不確定性非線性系統(tǒng),提出了一種高增益自適應K-filters和基于Backstepping方法的自適應控制器算法;給出了具體的觀測器參數切換準則和自適應容錯控制器參數的設計方法。所提出的控制器方案,保證了所有閉環(huán)系統(tǒng)信號有界和滿意的跟蹤誤差。針對系統(tǒng)控制增益方向未知的情形,提出了一種高增益自適應的K-filters和一種基于Nussbaum型增益和Backstepping方法的控制器算法。所提出的自適應容錯控制器方案,保證了閉環(huán)系統(tǒng)信號有界和滿意的跟蹤誤差。仿真結果驗證了所提方案的有效性。(2)針對含執(zhí)行器滯環(huán)的一類不確定性非線性系統(tǒng),通過Bouc-wen模型對滯環(huán)非線性進行處理,分別提出基于Backstepping方法的自適應容錯狀態(tài)反饋/輸出反饋控制方案。針對系統(tǒng)中不同性質不確定項,提出相應的自適應高增益函數來抵消其對系統(tǒng)性能的影響。仿真結果驗證了所提方法的有效性。(3)針對含執(zhí)行器死區(qū)的一類不確定性非線性系統(tǒng),首先建立系統(tǒng)的新數學模型,使系統(tǒng)中不顯含執(zhí)行器故障和死區(qū)非線性信息;基于新模型提出一種新型的模糊自適應K-filters,并構造系統(tǒng)的模糊狀態(tài)觀測器;將執(zhí)行器死區(qū)非線性分解成有用信息和類干擾項;針對系統(tǒng)中不同性質的干擾,采用不同的自適應高增益函數來抵消它們對系統(tǒng)的影響。所提出的自適應容錯控制方案和參數更新策略,保證了系統(tǒng)所有閉環(huán)系統(tǒng)信號的有界和滿意的跟蹤誤差。(4)針對含執(zhí)行器滯環(huán)非線性的一類不確定性非線性系統(tǒng),通過Backlash-like模型對滯環(huán)非線性進行處理,首先建立系統(tǒng)的新數學模型,使系統(tǒng)中不顯含執(zhí)行器故障和滯環(huán)信息;基于新模型利用模糊邏輯系統(tǒng)的逼近能力提出一種新型的模糊自適應K-filters,并構造系統(tǒng)的模糊狀態(tài)觀測器;將執(zhí)行器滯環(huán)非線性分解成有用信息和類干擾項;針對系統(tǒng)中不同性質的干擾,提出不同的自適應高增益函數來抵消它們對系統(tǒng)性能的影響。所提出的自適應容錯控制方案,保證了閉環(huán)系統(tǒng)信號有界和滿意的跟蹤誤差。
【學位單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP273
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 容錯控制研究現(xiàn)狀
    1.3 含執(zhí)行器非線性的容錯控制研究現(xiàn)狀
    1.4 本文的主要研究內容
第二章 預備知識
    2.1 自適應反步積分法
    2.2 考慮執(zhí)行器非線性和故障時的執(zhí)行器輸入輸出模型
    2.3 模糊邏輯系統(tǒng)
    2.4 本章小結
第三章 基于高增益濾波器的一類非線性系統(tǒng)的自適應容錯控制
    3.1 控制增益符號已知的一類非線性系統(tǒng)的自適應容錯控制
        3.1.1 問題描述
        3.1.2 自適應容錯控制器方案設計
        3.1.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
        3.1.4 仿真分析
        3.1.5 小結
    3.2 控制增益方向未知的一類非線性系統(tǒng)的自適應容錯控制
        3.2.1 問題描述
        3.2.2 自適應容錯控制器方案設計
        3.2.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
        3.2.4 仿真分析
        3.2.5 小結
第四章 帶有執(zhí)行器滯環(huán)的一類非線性系統(tǒng)的自適應容錯控制
    4.1 基于狀態(tài)反饋的自適應容錯控制器設計
        4.1.1 問題描述
        4.1.2 自適應容錯控制器方案設計
        4.1.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
        4.1.4 仿真分析
        4.1.5 小結
    4.2 基于輸出反饋的自適應容錯控制器設計
        4.2.1 問題描述
        4.2.2 自適應容錯控制器方案設計
        4.2.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
        4.2.4 仿真實例
        4.2.5 小結
第五章 基于模糊K-filters的的非線性系統(tǒng)的模糊自適應容錯控制
    5.1 帶有執(zhí)行器死區(qū)的一類非線性系統(tǒng)的模糊自適應容錯控制器設計
        5.1.1 問題描述
        5.1.2 自適應容錯控制器方案設計
        5.1.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
        5.1.4 仿真實例
        5.1.5 小結
    5.2 帶有執(zhí)行器滯環(huán)的一類非線性系統(tǒng)的模糊自適應容錯控制器設計
        5.2.1 問題描述
        5.2.2 自適應容錯控制器方案設計
        5.2.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
        5.2.4 仿真實例
        5.2.5 小結
第六章 總結與展望
    6.1 全文總結
    6.2 工作展望
參考文獻
致謝
攻讀學位論文期間完成的學術論文目錄

【參考文獻】

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本文編號：2878353