網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NCS)容錯控制已是智能制造領(lǐng)域一個重要的研究課題,由于集成控制力高、適應(yīng)性強、便于維護管理的特點推動了其在工程領(lǐng)域中的快速發(fā)展,但受制于系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性,構(gòu)件設(shè)備故障、通訊制約、時滯及內(nèi)部參數(shù)的不確定等因素仍是該領(lǐng)域重點關(guān)注的問題。鑒于此,本課題在離散事件觸發(fā)通訊機制(DETCS)約束下,依據(jù)主被動混合思想,以區(qū)間控制的容錯方式,研究了任意執(zhí)行器故障下系統(tǒng)對控制任務(wù)及通訊服務(wù)質(zhì)量的協(xié)同設(shè)計問題。主要內(nèi)容如下:1)根據(jù)先驗知識,利用劃分算法對故障數(shù)據(jù)進行歸納劃分以創(chuàng)建具有代表性的常見故障知識庫,與此同時建立具備等價關(guān)系的執(zhí)行器故障被動、主動數(shù)學(xué)表達式,在DETCS下集中設(shè)計了參數(shù)不確定、隨機時滯、干擾以及切換抖動等因素影響下的閉環(huán)故障NCS模型,并在控制策略和FDO(fault detection observer)的基礎(chǔ)上對常見故障模型匹配,完成調(diào)度任務(wù)。2)采用“離線設(shè)計,在線調(diào)度”的控制方式設(shè)計了主被動區(qū)間混合魯棒少保守性容錯控制器,在FDO的作用下快速檢測故障,使得常見故障發(fā)生時,快速調(diào)用相應(yīng)的區(qū)間容錯控制器的同時減少結(jié)果的保守性;在常見故障劃分范圍內(nèi)出現(xiàn)其他故障時,利用補償算法完成對其控制器的重構(gòu)設(shè)計。3)考慮在實際系統(tǒng)中受網(wǎng)絡(luò)制約和事件觸發(fā)條件的影響,研究了多變性時延作用下的容錯控制,在執(zhí)行器故障和外界擾動共同干預(yù)下分別構(gòu)建具有概率分布的故障觀測器和區(qū)間容錯控制律,并利用魯棒控制、H2控制,設(shè)計隨機時延NCS主被動區(qū)間混合魯棒廣義H2/H∞少保守性的容錯控制器,以確保系統(tǒng)在均方指數(shù)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上具有一定的動態(tài)特性。4)借鑒平滑切換思想,在對系統(tǒng)調(diào)度策略作用下導(dǎo)致的不同控制器間切換瞬態(tài)響應(yīng)做了平滑研究,并設(shè)計具有非脆弱特性的容錯控制器,一旦發(fā)生執(zhí)行器故障,則區(qū)間容錯控制器進行相應(yīng)的平滑處理,一方面可提高切換進程,另一方面可柔化控制器之間的瞬態(tài)切換過程促使系統(tǒng)輸出響應(yīng)趨于平滑;與此同時借助DETCS通訊方式及滿意性能指標約束,使NCS的容錯控制方法不僅可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源還能保證各控制器在切換點處具有H2/H∞性能。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TP273
【部分圖文】：

?裳?笨蘫ih的集合為{|}kkihiN，其傳輸時刻kth的集合為{|}kkthtN，根據(jù)信號傳輸原理則有{|}{|}kkkkthtNihiN；假設(shè)2：系統(tǒng)在整個控制回路中狀態(tài)可測且執(zhí)行器和控制器的正常運轉(zhuǎn)將依靠事件觸發(fā)器的驅(qū)動方式；假設(shè)3：零階保持器的目的是未接收到新數(shù)據(jù)前將連續(xù)輸出當(dāng)下數(shù)據(jù)以供執(zhí)行器運行需求，其連續(xù)輸出時間11,kkktktttt，且子區(qū)域滿足0......kkldkkk，受時延影響，其(1),(1)kkkkklkkkllhkkllhtlhtlh，0,1,2,...,kkld，且kk1kdhththh，kktlh表示傳輸時刻kktlh的網(wǎng)絡(luò)時延。圖2.1DETCS下NCS結(jié)構(gòu)圖圖2.1為DETCS下的NCS工作原理圖。由圖知，事件發(fā)生器位于采樣器和網(wǎng)絡(luò)之間，在傳感器作用下，使之構(gòu)成智能傳感模塊以便對數(shù)據(jù)的獲娶“甄別”及傳送起到推動作用。如若此刻系統(tǒng)的最新采樣數(shù)據(jù)為()kxih，事件觸發(fā)器則同步更新數(shù)據(jù)得()kxth，為提高網(wǎng)絡(luò)媒介中數(shù)據(jù)的傳輸率，減緩網(wǎng)絡(luò)中因等效數(shù)據(jù)的大批量傳輸而造成的擁堵現(xiàn)象。因此根據(jù)本課題的控制需求創(chuàng)建事件觸發(fā)條件如式(2.1)：1min{|()()()()}TTkkxkxkkkththlheiheihxihxih(2.1)其中：是正定對稱矩陣，[0,1)是觸發(fā)參數(shù)，且狀態(tài)誤差為()()()xkkkeihxihxth(2.2)也即下一采樣發(fā)生時，觸發(fā)器會自動判別當(dāng)前數(shù)據(jù)是否滿足上述創(chuàng)立條件以“甄別”有效數(shù)據(jù)，完成信息的傳播，進而達到節(jié)約網(wǎng)絡(luò)控制的目的。

碩士學(xué)位論文13故障進行歸類，并在調(diào)度機制的作用下完成調(diào)度任務(wù)，若該故障不是區(qū)間常見故障時，則補償機制會被啟動以完成對區(qū)間混合容錯控制的設(shè)計。圖2.2事件觸發(fā)機制下NCS區(qū)間混合容錯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)經(jīng)過采樣這一環(huán)節(jié)，系統(tǒng)此刻傳輸?shù)男盘枮殡x散的，因此時延函數(shù)可表述為：()ktti，在網(wǎng)絡(luò)媒介中，誘導(dǎo)時延存在上下界之分，則有120d(t)d，此時可根據(jù)()(())()()kkxkxthxttxiheih，進而引入事件判別條件于區(qū)間混合容錯控制器的設(shè)計中，實現(xiàn)控制任務(wù)與網(wǎng)絡(luò)通訊的協(xié)同設(shè)計。2.3.1不確定閉環(huán)故障NCS模型的數(shù)學(xué)描述考慮執(zhí)行器加性故障，則NCS數(shù)學(xué)模型描述如下：11()()()()()()()()xtAAxtBButEftytCxt(2.3)其中()nxtR和()mutR是系統(tǒng)狀態(tài)和控制輸入；()pytR是系統(tǒng)輸出；A，B，11C和E為具有適當(dāng)維數(shù)的常數(shù)矩陣；不確定項A，B滿足12ABMF(t)NN且M、1N、2N為常數(shù)矩陣，()()TFtFtI；f(t)為加性故障且0|f(t)||f，假設(shè)系統(tǒng)有m個執(zhí)行器，則12()...mftfff，q1,2,...,m(2.4)當(dāng)0qf，代表第q個執(zhí)行器正常；當(dāng)0qf，代表第q個執(zhí)行器故障。為便于設(shè)計后續(xù)區(qū)間混合魯棒容錯控制器，讓故障分布矩陣E(BB)，并定義執(zhí)行器故障為f(t)Lu(t)，LIL(2.5)其中12{,,...,}mLdiaglll是故障程度矩陣且[0,1],1,2,...,qlqm。當(dāng)1ql時，則第q個執(zhí)行器正常；當(dāng)0ql，則q個執(zhí)行器完全失效；當(dāng)(1,0)ql，則第q個執(zhí)行器部分故障。根據(jù)等式(2.3)-(2.5)，定義Lu(t)u(t)f(t)，則故障模型(2.3)可寫為如下形式11()()()()()()()xtAAxtBBLutytCxt(2.6)因此，我們可得到等式(2.3)、(2.6)等價，這為系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)時延、模型不確定及執(zhí)

碩士學(xué)位論文1501020121112()()()()()(())(1)()()(())()()()((())(()))()()()()()()()()xkxtAAxtBBLKKxttBBLKKxttBBLKKxttxttBBLKKeihDwtytCxtztCxt(2.10)2.4調(diào)度機制與切換策略設(shè)計在控制系統(tǒng)運行過程中，由于外部環(huán)境、隨機擾動、工況變換等因素的影響，故障出現(xiàn)的形式往往不是單一的，而可能是多種故障共存于系統(tǒng)中。自然，在這種情況下進行容錯控制器設(shè)計時，勢必會針對不同類型故障設(shè)計不同的控制器，也即當(dāng)故障發(fā)生時，系統(tǒng)則采取對應(yīng)的控制器進行容錯控制，進而保證系統(tǒng)安全可靠運行。在現(xiàn)有研究中，有學(xué)者在該研究背景下提出調(diào)度策略這一概念[71]，但并未給出具體的調(diào)度算法，自然系統(tǒng)是否能夠快速進行容錯控制則有待商榷。因此在故障發(fā)生情況下，如何通過合理的算法調(diào)用相應(yīng)控制器以保證整個控制流程順利進行，則是控制系統(tǒng)能夠快速有效容錯的根本保障，為此本章將依據(jù)故障區(qū)間劃分法，將所有可能的執(zhí)行器故障L按照規(guī)則并將其大小劃分為10.8，0.80.5，0.50.2以及0.20四個區(qū)間，在離線設(shè)計區(qū)間重組容錯控制器集的同時通過采用計算快速、便捷的做差對比法將系統(tǒng)當(dāng)下故障與區(qū)間常見故障進行比較，進而調(diào)配相應(yīng)的區(qū)間容錯控制器，為系統(tǒng)安全、可靠運行提供了保障。如下為具體的調(diào)度算法的建立：圖2.3調(diào)度機制原理圖
【參考文獻】

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本文編號：2886274