具有執(zhí)行器隨機失效非線性系統(tǒng)的自適應容錯控制.pdf

1、隨著人們對系統(tǒng)可靠性和安全性要求的不斷提高，容錯控制技術受到了越來越多學者的關注。容錯控制即當系統(tǒng)中執(zhí)行器、傳感器或者系統(tǒng)其它部件發(fā)生故障后，仍能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，并使系統(tǒng)的性能指標在一定的范圍之內。近年來，學者們在容錯控制領域取得了一系列的研究成果。然而已有工作大都考慮有限次執(zhí)行器故障的情況，即：在某一時刻執(zhí)行器發(fā)生故障后，在接下來的時間該執(zhí)行器將一直處于故障狀態(tài)，對于實際系統(tǒng)中存在的間歇性故障，比如：飛行控制系統(tǒng)中的電子設備由于受到

2、外太空的電磁波干擾而出現(xiàn)的短暫故障、控制回路中的通信網絡擁塞而導致的故障等，已有的控制策略將不再適用。注意到間歇性故障，即：在某一時刻執(zhí)行器發(fā)生故障后，在另一時刻又可能恢復正常狀態(tài)，這就意味著執(zhí)行器可能有無窮多次故障情況發(fā)生。同時，執(zhí)行器發(fā)生故障的時間、故障類型以及故障值實質上是未知且隨機的。對于這種具有無窮多次執(zhí)行器隨機失效的情況，目前的研究工作還很少。因此，本文研究具有執(zhí)行器隨機失效非線性系統(tǒng)的自適應容錯控制問題。
　　首先，

3、針對四類系統(tǒng)，即：具有Markovian向量的確定性系統(tǒng)、同時具有Markovian向量和隨機噪聲的非線性系統(tǒng)、同時具有Markovian向量和定常時延的非線性系統(tǒng)以及同時具有Markovian向量和時變時延的非線性系統(tǒng)，分別建立了包括聯(lián)合轉移概率、無窮小算子、解的存在唯一性判據(jù)、穩(wěn)定性判定定理在內的一些基礎理論。
　　然后引入多個與Markovian變量相關的隨機函數(shù)來分別描述每個執(zhí)行器的失效比例因子。隨機函數(shù)取值在0到1之間且

4、分為三大類情況，并以一定的概率在這三類取值中跳變。隨機函數(shù)取值的不同即代表執(zhí)行器所處狀態(tài)的不同。以此建立的執(zhí)行器失效模型可以較準確地反映具有間歇性隨機故障執(zhí)行器的工作情況。文中不僅考慮了執(zhí)行器部分失效和全部失效的情形，同時也考慮了執(zhí)行器卡死的情形。隨后，基于建立的基礎結論，分別考慮了確定性系統(tǒng)、隨機系統(tǒng)、常時延系統(tǒng)以及時變時延系統(tǒng)的鎮(zhèn)定和跟蹤控制問題。采用自適應反推方法，分別設計了相應的狀態(tài)反饋控制器，并通過Lyapunov穩(wěn)定性理論分

5、析了對應閉環(huán)系統(tǒng)所有信號的有界性。同時通過仿真算例驗證了所提出執(zhí)行器失效補償策略的有效性。此外，文中妥善處理了由于系統(tǒng)中Markovian向量的引入而給無窮小算子帶來的跟轉移速率相關的附加項以及由于隨機系統(tǒng)中的擴散項而導致的高階Hessian項。文中所設計的自適應容錯控制方法，不需要專門的故障檢測和診斷模塊，而是根據(jù)獲得的新息對控制律和參數(shù)自適應律進行自動調整，以此來補償執(zhí)行器失效給系統(tǒng)造成的影響。
　　最后，本文還給出了在未來研