網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(NCS)容錯(cuò)控制已是智能制造領(lǐng)域一個(gè)重要的研究課題,由于集成控制力高、適應(yīng)性強(qiáng)、便于維護(hù)管理的特點(diǎn)推動(dòng)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(shí)滯及內(nèi)部參數(shù)的不確定等因素仍是該領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問題。鑒于此,本課題在離散事件觸發(fā)通訊機(jī)制(DETCS)約束下,依據(jù)主被動(dòng)混合思想,以區(qū)間控制的容錯(cuò)方式,研究了任意執(zhí)行器故障下系統(tǒng)對(duì)控制任務(wù)及通訊服務(wù)質(zhì)量的協(xié)同設(shè)計(jì)問題。主要內(nèi)容如下:1)根據(jù)先驗(yàn)知識(shí),利用劃分算法對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納劃分以創(chuàng)建具有代表性的常見故障知識(shí)庫,與此同時(shí)建立具備等價(jià)關(guān)系的執(zhí)行器故障被動(dòng)、主動(dòng)數(shù)學(xué)表達(dá)式,在DETCS下集中設(shè)計(jì)了參數(shù)不確定、隨機(jī)時(shí)滯、干擾以及切換抖動(dòng)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(duì)常見故障模型匹配,完成調(diào)度任務(wù)。2)采用“離線設(shè)計(jì),在線調(diào)度”的控制方式設(shè)計(jì)了主被動(dòng)區(qū)間混合魯棒少保守性容錯(cuò)控制器,在FDO的作用下快速檢測(cè)故障,使得常見故障發(fā)生時(shí),快速調(diào)用相應(yīng)的區(qū)間容錯(cuò)控制器的同時(shí)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(shí),利用補(bǔ)償算法完成對(duì)其控制器的重構(gòu)設(shè)計(jì)。3)考慮在實(shí)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(shí)延作用下的容錯(cuò)控制,在執(zhí)行器故障和外界擾動(dòng)共同干預(yù)下分別構(gòu)建具有概率分布的故障觀測(cè)器和區(qū)間容錯(cuò)控制律,并利用魯棒控制、H2控制,設(shè)計(jì)隨機(jī)時(shí)延NCS主被動(dòng)區(qū)間混合魯棒廣義H2/H∞少保守性的容錯(cuò)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(dòng)態(tài)特性。4)借鑒平滑切換思想,在對(duì)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(jì)具有非脆弱特性的容錯(cuò)控制器,一旦發(fā)生執(zhí)行器故障,則區(qū)間容錯(cuò)控制器進(jìn)行相應(yīng)的平滑處理,一方面可提高切換進(jìn)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(shí)借助DETCS通訊方式及滿意性能指標(biāo)約束,使NCS的容錯(cuò)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(diǎn)處具有H2/H∞性能。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)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(shí)刻kth的集合為{|}kkthtN，根據(jù)信號(hào)傳輸原理則有{|}{|}kkkkthtNihiN；假設(shè)2：系統(tǒng)在整個(gè)控制回路中狀態(tài)可測(cè)且執(zhí)行器和控制器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)將依靠事件觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)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(yùn)行需求，其連續(xù)輸出時(shí)間11,kkktktttt，且子區(qū)域滿足0......kkldkkk，受時(shí)延影響，其(1),(1)kkkkklkkkllhkkllhtlhtlh，0,1,2,...,kkld，且kk1kdhththh，kktlh表示傳輸時(shí)刻kktlh的網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(duì)數(shù)據(jù)的獲娶“甄別”及傳送起到推動(dòng)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(duì)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(shí)，觸發(fā)器會(huì)自動(dòng)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(jìn)而達(dá)到節(jié)約網(wǎng)絡(luò)控制的目的。

碩士學(xué)位論文13故障進(jìn)行歸類，并在調(diào)度機(jī)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(shí)，則補(bǔ)償機(jī)制會(huì)被啟動(dòng)以完成對(duì)區(qū)間混合容錯(cuò)控制的設(shè)計(jì)。圖2.2事件觸發(fā)機(jī)制下NCS區(qū)間混合容錯(cuò)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?hào)為離散的，因此時(shí)延函數(shù)可表述為：()ktti，在網(wǎng)絡(luò)媒介中，誘導(dǎo)時(shí)延存在上下界之分，則有120d(t)d，此時(shí)可根據(jù)()(())()()kkxkxthxttxiheih，進(jìn)而引入事件判別條件于區(qū)間混合容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)與網(wǎng)絡(luò)通訊的協(xié)同設(shè)計(jì)。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(xiàng)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(gè)執(zhí)行器，則12()...mftfff，q1,2,...,m(2.4)當(dāng)0qf，代表第q個(gè)執(zhí)行器正常；當(dāng)0qf，代表第q個(gè)執(zhí)行器故障。為便于設(shè)計(jì)后續(xù)區(qū)間混合魯棒容錯(cuò)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(shí)，則第q個(gè)執(zhí)行器正常；當(dāng)0ql，則q個(gè)執(zhí)行器完全失效；當(dāng)(1,0)ql，則第q個(gè)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(jià)，這為系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(jī)制與切換策略設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，由于外部環(huán)境、隨機(jī)擾動(dòng)、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(jìn)行容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)時(shí)，勢(shì)必會(huì)針對(duì)不同類型故障設(shè)計(jì)不同的控制器，也即當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)則采取對(duì)應(yīng)的控制器進(jìn)行容錯(cuò)控制，進(jìn)而保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)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(jìn)行容錯(cuò)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(gè)控制流程順利進(jìn)行，則是控制系統(tǒng)能夠快速有效容錯(cuò)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(gè)區(qū)間，在離線設(shè)計(jì)區(qū)間重組容錯(cuò)控制器集的同時(shí)通過采用計(jì)算快速、便捷的做差對(duì)比法將系統(tǒng)當(dāng)下故障與區(qū)間常見故障進(jìn)行比較，進(jìn)而調(diào)配相應(yīng)的區(qū)間容錯(cuò)控制器，為系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)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(jī)制原理圖
【參考文獻(xiàn)】

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4 余臻;劉利軍;沈毅;;H_∞容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)及其在線優(yōu)化選擇容錯(cuò)控制[J];控制理論與應(yīng)用;2014年04期

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本文編號(hào)：2886274