事件觸發(fā)機(jī)制下線(xiàn)性NCS主-被動(dòng)混合容錯(cuò)控制研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)（Network Control System，NCS）是一種通過(guò)有限的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)在傳感器、執(zhí)行器和控制器之間進(jìn)行信息傳輸?shù)目臻g分布式系統(tǒng)。在許多實(shí)際的NCS中，由于種種原因系統(tǒng)模型總是存在著不確定性，而信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸又不可避免地出現(xiàn)時(shí)延、丟包等問(wèn)題，作為控制系統(tǒng)的組成部件，執(zhí)行器或傳感器也隨時(shí)可能發(fā)生各種故障，導(dǎo)致控制系統(tǒng)的性能下降甚至不穩(wěn)定，因此將容錯(cuò)控制技術(shù)引入到NCS的安全性和可靠性的研究中日益受到人們的廣泛關(guān)

2、注。
　　容錯(cuò)控制主要分為被動(dòng)容錯(cuò)控制（PFTC）和主動(dòng)容錯(cuò)控制（AFTC），PFTC是利用魯棒控制技術(shù)使系統(tǒng)對(duì)集內(nèi)故障不敏感，但是由于系統(tǒng)正常和故障時(shí)控制器是同一個(gè)控制增益，保守性較大。AFTC方法是針對(duì)在線(xiàn)估計(jì)故障結(jié)果重組或重構(gòu)新的控制器，由于在線(xiàn)估計(jì)故障和控制器的重組或重構(gòu)需要時(shí)間，因此 AFTC實(shí)時(shí)性較差。離散事件觸發(fā)機(jī)制是給定事件觸發(fā)條件，通過(guò)判斷該條件成立與否決定信息是否傳輸，而網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延產(chǎn)生的根本原因是有限的網(wǎng)絡(luò)帶

3、寬，引入離散事件觸發(fā)機(jī)制可以明顯降低通訊負(fù)載維持系統(tǒng)穩(wěn)定。目前針對(duì)事件觸發(fā)機(jī)制下的NCS容錯(cuò)控制的研究主要集中在PFTC以及濾波器的設(shè)計(jì)。由此為了有效的節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源并結(jié)合主動(dòng)和被動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)設(shè)計(jì)基于事件觸發(fā)機(jī)制的混合控制器就可能成為人們研究的主要方向。
　　鑒于此，本文針對(duì)具有時(shí)變時(shí)延的線(xiàn)性不確定NCS，基于事件觸發(fā)機(jī)制，研究了執(zhí)行器任意失效故障情形下的主被動(dòng)混合魯棒容錯(cuò)控制問(wèn)題。總體概略如下：
　　1)基于事件觸發(fā)機(jī)制研究標(biāo)

4、稱(chēng)線(xiàn)性NCS的主被動(dòng)混合容錯(cuò)控制問(wèn)題
　　針對(duì)具有時(shí)變時(shí)延的標(biāo)稱(chēng)線(xiàn)性NCS，首先分別基于獨(dú)立事件發(fā)生器和帶有事件發(fā)生器的智能傳感器(集成事件發(fā)生器)，建立故障系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)使系統(tǒng)在發(fā)生故障集以?xún)?nèi)故障時(shí)穩(wěn)定的被動(dòng)容錯(cuò)控制器。同時(shí)設(shè)計(jì)故障診斷觀測(cè)器估計(jì)任意執(zhí)行器失效故障的大小，一旦獲得準(zhǔn)確的故障信息立即重構(gòu)控制器以補(bǔ)償故障的影響，最后通過(guò)仿真對(duì)比獨(dú)立事件發(fā)生器和集成事件發(fā)生器下數(shù)據(jù)傳送量，為后續(xù)在離散事件觸發(fā)機(jī)制下的主被動(dòng)混合魯棒容錯(cuò)

5、控制研究奠定了基礎(chǔ)。
　　2)基于事件觸發(fā)機(jī)制研究線(xiàn)性不確定NCS的主被動(dòng)混合魯棒容錯(cuò)控制問(wèn)題
　　針對(duì)具有時(shí)變時(shí)延的線(xiàn)性不確定NCS，建立基于離散事件觸發(fā)通訊機(jī)制的NCS故障模型，并基于H∞控制思想，設(shè)計(jì)了魯棒故障檢測(cè)觀測(cè)器；離線(xiàn)設(shè)計(jì)被動(dòng)魯棒容錯(cuò)控制器確保系統(tǒng)在已知故障發(fā)生時(shí)穩(wěn)定，未知故障發(fā)生初期減緩系統(tǒng)性能下降速度；同時(shí)利用魯棒故障檢測(cè)觀測(cè)器實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)故障，并重構(gòu)控制器補(bǔ)償任意未知故障對(duì)系統(tǒng)的影響。
　　3)基于

6、事件觸發(fā)機(jī)制研究線(xiàn)性不確定NCS主被動(dòng)切換魯棒H容錯(cuò)控制問(wèn)題
　　針對(duì)具有時(shí)變時(shí)延的線(xiàn)性不確定NCS，在受到外部有限能量擾動(dòng)的影響下，基于離散事件觸發(fā)通訊機(jī)制，分別設(shè)計(jì)正常控制器和被動(dòng)魯棒H∞容錯(cuò)控制器，使系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)能具備良好的動(dòng)態(tài)性能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)瞬態(tài)切換函數(shù)平滑切換至被動(dòng)魯棒H∞容錯(cuò)控制器，確保系統(tǒng)在已知故障發(fā)生時(shí)不僅穩(wěn)定而且具有一定的H∞擾動(dòng)抑制性能，未知故障發(fā)生初期減緩系統(tǒng)性能下降速度；同時(shí)設(shè)計(jì)魯棒H∞故障檢

7、測(cè)觀測(cè)器，實(shí)時(shí)檢測(cè)故障，利用自適應(yīng)補(bǔ)償控制消除未知故障對(duì)系統(tǒng)的影響。
　　4)在以上研究的基礎(chǔ)上，采用仿真實(shí)例對(duì)所有系統(tǒng)的被動(dòng)容錯(cuò)控制器、主動(dòng)容錯(cuò)控制器、混合容錯(cuò)控制器和切換函數(shù)設(shè)計(jì)的結(jié)果分別進(jìn)行了仿真研究以及系統(tǒng)性能的影響分析，其結(jié)果表明文中所得結(jié)論是正確有效的。
　　對(duì)于上述研究結(jié)論，仿真結(jié)果表明，在傳感器端引入事件發(fā)生器，在節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源的情況下，實(shí)現(xiàn)了具有時(shí)變時(shí)延線(xiàn)性不確定NCS的故障估計(jì)與主被動(dòng)混合魯棒容錯(cuò)控制集成設(shè)