基于滑模的故障重構(gòu)和容錯(cuò)控制.pdf

1、近年來,隨著對動(dòng)力系統(tǒng)如飛行器、核電站以及離岸大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可靠性要求的增加,故障檢測與隔離(FDI)和容錯(cuò)控制(FTC)受到了越來越多的關(guān)注。執(zhí)行器、傳感器與其他零部件的失效往往會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的衰減,嚴(yán)重地?fù)p壞物理系統(tǒng),甚至造成人員的傷亡。為了避免控制系統(tǒng)中元器件失效所帶來的這些后果,及時(shí)的檢測辨識(shí)故障或使得系統(tǒng)容錯(cuò)十分重要。
　　FDI的主要功能是在故障發(fā)生時(shí)報(bào)警,以及確定故障源。其設(shè)計(jì)方法有很多如觀測器法、等價(jià)空間法及參數(shù)

2、估計(jì)等。最近,基于滑模觀測器(SMO)的FDI因其具有故障重構(gòu)和估計(jì)能力而受到了廣泛關(guān)注。原理是利用等價(jià)輸出注入概念進(jìn)行故障重構(gòu),比起殘差法其優(yōu)勢是不但可以檢測隔離故障還能給出形狀、大小及動(dòng)態(tài)行為信息。另外SMO被認(rèn)為是應(yīng)對不確定性或攝動(dòng)系統(tǒng)的魯棒觀測器?；诖?本文對魯棒故障重構(gòu)SMO和FTC設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。
　　首先,對線性不確定系統(tǒng)的SMO故障重構(gòu)理論進(jìn)行了提高與擴(kuò)展。研究了利用輔助觀測器對執(zhí)行器故障與不確定性同時(shí)重構(gòu)的方法。

3、利用了線性矩陣不等式和Lyapunov理論對新的觀測器存在條件以及穩(wěn)定性做了推導(dǎo),然后提出了通過合并觀測器對執(zhí)行器和傳感器故障同時(shí)重構(gòu)的SMO設(shè)計(jì)方法,詳細(xì)闡述了觀測器的存在條件與漸進(jìn)重構(gòu)性質(zhì)。實(shí)例仿真結(jié)果證實(shí)了所提出的方法的有效性。
　　其次本文對非線性系統(tǒng),特別是單邊Lipschitz系統(tǒng)提出了新的自適應(yīng)故障重構(gòu)SMO設(shè)計(jì)理論。雖然Lipschitz系統(tǒng)被大量地研究過了,但所獲得結(jié)果往往只在Lipschitz常數(shù)已知且很小的情

4、況下成立,因而本文將設(shè)計(jì)范圍擴(kuò)大到單邊Lipschitz系統(tǒng)。另外由于采用自適應(yīng)機(jī)理使得單邊Lipschitz常數(shù)無需提前知道,這是另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。觀測器增益以及觀測誤差的漸進(jìn)穩(wěn)定性是通過線性矩陣不等式獲得的。
　　最后部分利用滑?？刂萍夹g(shù)設(shè)計(jì)了對執(zhí)行器和傳感器故障容錯(cuò)的控制器。因?yàn)樗紤]的執(zhí)行器效率下降的故障具有與匹配不確定性一致的形式,而滑?？刂茖Υ司哂辛己玫聂敯粜?從而采用狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)的控制器對執(zhí)行器故障容錯(cuò)。另外與不確定性有關(guān)