時(shí)滯系統(tǒng)的魯棒故障檢測(cè)與容錯(cuò)控制方法研究.pdf

1、在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于控制系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)雜程度日益提高，以及系統(tǒng)投資的巨大，人們迫切需要提高系統(tǒng)可靠性和安全性.然而，當(dāng)執(zhí)行器、傳感器或系統(tǒng)的其他元器件發(fā)生故障時(shí)，傳統(tǒng)的控制器不能保證閉環(huán)控制系統(tǒng)期望的性能甚至?xí)?dǎo)致不穩(wěn)定.故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)是解決這一問題的有效方法.為了提高故障檢測(cè)濾波器和容錯(cuò)控制器的性能，本論文基于參數(shù)依賴的Lyapunov穩(wěn)定性理論和LMI技術(shù)，進(jìn)一步深入地研究了時(shí)滯系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)）的魯棒H∞性能分析

2、、狀態(tài)反饋控制器和故障檢測(cè)濾波器綜合設(shè)計(jì)以及容錯(cuò)控制問題，形成了一整套新的時(shí)滯系統(tǒng)故障檢測(cè)與容錯(cuò)控制方法.并將部分理論研究成果在載重拖車系統(tǒng)和間歇式反應(yīng)器等實(shí)際仿真對(duì)象中進(jìn)行了驗(yàn)證.由于在時(shí)滯的處理過(guò)程中，采用了時(shí)滯分解方法，倒數(shù)凸組合技術(shù)和輸入-輸出方法，所得結(jié)果具有更小的保守性和計(jì)算負(fù)擔(dān).全文的主要工作總結(jié)如下：
　　1.研究了一類帶有時(shí)變時(shí)滯和多包丟失的離散T-S模糊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障檢測(cè)問題.假設(shè)被控對(duì)象到模糊故障檢測(cè)濾波器(F

3、FDF)之間的通信連接存在數(shù)據(jù)包丟失，且丟失概率在間隔[0,1]上滿足特定概率密度分布.離散時(shí)間模糊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用輸入-輸出和二項(xiàng)近似方法轉(zhuǎn)化為互聯(lián)的兩個(gè)子系統(tǒng).設(shè)計(jì)的FFDF，對(duì)所允許的數(shù)據(jù)包丟失條件，保證故障檢測(cè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)為輸入-輸出均方穩(wěn)定.且滿足期望的H∞性能.通過(guò)選取一個(gè)新的Lyapunov函數(shù)，獲得了FFDF存在的充分條件，相應(yīng)的FFDF增益的可解性條件利用錐補(bǔ)線性化迭代算法轉(zhuǎn)化為凸最優(yōu)問題.
　　2.研究了帶有離散狀態(tài)時(shí)

4、滯、分布式時(shí)滯、數(shù)據(jù)包丟失和非線性擾動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障檢測(cè)問題.不同于現(xiàn)存的故障檢測(cè)結(jié)果，這里所提出的是閉環(huán)故障檢測(cè)策略.也就是同時(shí)設(shè)計(jì)了控制器和故障檢測(cè)濾波器.假設(shè)從傳感器到控制器及控制器到執(zhí)行器的數(shù)據(jù)包丟失滿足相互獨(dú)立的白噪聲序列.將基于觀測(cè)器的故障檢測(cè)濾波器作為殘差生成器，網(wǎng)絡(luò)非線性系統(tǒng)可以表示成H∞模型匹配問題.設(shè)計(jì)的閉環(huán)故障檢測(cè)濾波器不僅保證了殘差和濾波故障的估計(jì)誤差盡可能小，同時(shí)滿足閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)非線性系統(tǒng)的指數(shù)均方穩(wěn)定.

5、>　　3.研究了帶有狀態(tài)時(shí)滯及執(zhí)行器故障的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NNCSs)模糊容錯(cuò)控制問題.利用輸入時(shí)滯方法，帶有網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延和數(shù)據(jù)包丟失的NNCSs等價(jià)轉(zhuǎn)化為帶有時(shí)變時(shí)滯的Takagi-Sugeno(T-S)模糊系統(tǒng).采用時(shí)滯分解方法，時(shí)滯對(duì)象的狀態(tài)信息得以充分考慮.利用錐補(bǔ)線性化迭代算法，將非凸的穩(wěn)定性條件轉(zhuǎn)化成可行的線性矩陣不等式(LMI)形式.同時(shí)將倒數(shù)凸組合界處理技術(shù)與不相關(guān)增廣矩陣項(xiàng)引入到Lyapunov函數(shù)的處理當(dāng)中，獲得

6、了保守性更小的穩(wěn)定性條件.
　　4.針對(duì)一類帶有狀態(tài)時(shí)滯和隨機(jī)執(zhí)行器故障的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NCSs)，設(shè)計(jì)了魯棒故障容錯(cuò)控制器.利用輸入時(shí)滯方法，獲得了具有狀態(tài)和輸入時(shí)滯的等價(jià)系統(tǒng).在時(shí)滯分解的積分區(qū)間上采用一新的Lyapunov函數(shù)，同時(shí)利用倒數(shù)凸組合技術(shù)直接處理了逆加權(quán)凸組合二次項(xiàng)，獲得了保證NCSs均方漸近穩(wěn)定的充分性條件，以LMI的形式表示出來(lái).此方法，不需要模型變換和引入額外的松弛變量，結(jié)果具有更小的保守性.
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7、.針對(duì)一類帶有時(shí)變時(shí)滯和執(zhí)行器故障的離散T-S模糊系統(tǒng)，在狀態(tài)可測(cè)、不可測(cè)兩種情況下，分別給出了模糊H∞容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)方法.選擇了一種更切合實(shí)際的離散齊次馬爾可夫鏈來(lái)表示執(zhí)行器故障的隨機(jī)行為.利用一類新的模型變換方法，將帶有執(zhí)行器故障的離散時(shí)滯模糊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為互聯(lián)的兩個(gè)子系統(tǒng).利用輸入-輸出方法（標(biāo)度小增益定理）分析互聯(lián)子系統(tǒng)的隨機(jī)穩(wěn)定性.通過(guò)構(gòu)造參數(shù)依賴的Lyapunov函數(shù)，給出閉環(huán)系統(tǒng)輸入-輸出均方穩(wěn)定且滿足H∞性能的充分條件及H