線性系統(tǒng)的自適應(yīng)驅(qū)動器故障補償控制.pdf

1、本文研究了有不確定驅(qū)動器故障和未知參數(shù)的線性時不變系統(tǒng)的自適應(yīng)驅(qū)動器故障補償控制，在控制系統(tǒng)中驅(qū)動器故障可能導(dǎo)致嚴(yán)重的系統(tǒng)性能損壞，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定.例如，很多的航天器意外事件都是因為控制面板的操作故障(如方向舵和升降器)導(dǎo)致的.為了系統(tǒng)的安全和可靠，這樣的驅(qū)動器故障必須適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié).無論是從理論還是實踐的重要性上看，對控制系統(tǒng)的研究，驅(qū)動器故障補償都是一個重要的和有挑戰(zhàn)性的問題.盡管在驅(qū)動器故障補償控制領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的進

2、展，但仍有很多重要的特別是那些圍繞系統(tǒng)不確定性的問題尚未解決.實際上，主要的困難是驅(qū)動器故障的不確定性.通常在系統(tǒng)的運行中，哪個驅(qū)動器可能發(fā)生故障、什么時候發(fā)生故障、驅(qū)動器故障以什么樣的形式和值發(fā)生都是不可能提前預(yù)測的；在故障發(fā)生后再確定這個驅(qū)動器故障的參數(shù)也是不切合實際的.不用明顯的驅(qū)動器故障發(fā)生和驅(qū)動器故障數(shù)值的信息設(shè)計能夠補償驅(qū)動器故障的方案是很有吸引力的.自適應(yīng)控制對這樣的驅(qū)動器故障補償方案是一個合適的選擇，它能夠適應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)、

3、結(jié)構(gòu)和環(huán)境的不確定性. 本論文包括以下兩部分： 一.有未建模動態(tài)的多變量系統(tǒng)的自適應(yīng)驅(qū)動器故障補償控制考慮下面有未建模動態(tài)的多輸入多輸出系統(tǒng) y(t)=G0(s)(IM+μ△m(s))u(t)，(0.0.1)其中y(t)∈RM是系統(tǒng)的輸出向量，u(t)∈RN是系統(tǒng)的輸入向量.G0(s)∈RM×N為傳遞函數(shù)矩陣，s是微分算子或拉普拉斯變量.△m(s)∈RM×N為未建模動態(tài)，μ≥0表示未建模動態(tài)的量.我們假設(shè)N個輸入

4、可分成M組，每一組包含ni個輸入，其中ni≥1.i=1，…，M，且∑i=1，…，Mni=N. 考慮在系統(tǒng)運行過程中任意的驅(qū)動器都可能發(fā)生故障，但在每一組中至少有一個驅(qū)動器不發(fā)生故障的情況.驅(qū)動器故障可描寫為uij(t)=(u)ij，t≥tij，i∈{1，…，M}，j∈{1，2，…，ni}，(0.0.2)這里發(fā)生故障的驅(qū)動器uij(t)，常數(shù)值(u)ij和發(fā)生故障的瞬時時間tij都是未知的. 一般的故障模型為uij(t)=

5、(u)ij(t)=(u)ij0+nij∑k=1(d)ijkfijk(t)，t≥tij，i∈{1，…，M}，j∈{1，2，…，ni}，(0.0.3)對一些未知的常數(shù)(u)ij0和(d)ijk，和已知的有界的標(biāo)量信號fijk(t)，i=1，…，M，j=1，…，nij且nij≥1.有ui(t)=[ui1(t)，…，uini(t)]T=vi(t)+σi((u)i-vi(t))，(0.0.4)這里vi(t)=[vi1(t)，…，vini(t)]T

6、是對第i組的設(shè)計控制向量，和(u)i=[(u)i1，…，(u)ini]T，σi=diag{σil，…，σini}，σij(t)={1若第i組的第j個元素發(fā)生故障即uij(t)=(u)ij，當(dāng)t≥tij(0.0.5)0其他，對系統(tǒng)(0.0.1)解決驅(qū)動器補償問題需要作下面的基本假設(shè)： (A1)在系統(tǒng)(0.0.1)中建立前面的任意的多達m-q(1≤q≤m)個驅(qū)動器發(fā)生故障，剩余的驅(qū)動器函數(shù)仍能作為應(yīng)用的控制信號得到期望的控制目標(biāo).

7、 控制目標(biāo)是設(shè)計一個控制u，使除了未知的發(fā)生故障的驅(qū)動器(0.0.2)，閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的所有信號有界，并且系統(tǒng)的輸出y跟蹤給定的參考模型輸出ym.這里ym(t)=Wm(s)(r)(t)，Wm(s)∈RM×M是一穩(wěn)定的、嚴(yán)格正則的傳遞有理函數(shù)矩陣，r(t)∈RM是有界的外部參考輸入向量信號. 在本部分中，我們給出了有未建模動態(tài)一般系統(tǒng)的穩(wěn)定性和跟蹤誤差有界性的分析. 二.高頻增益符號未知的自適應(yīng)驅(qū)動器故障補償控制考慮下面

8、的系統(tǒng)@(x)(t)=Ax+Bu(t)，y=Cx(t)，(0.0.6)其中A∈Rn×n，B=[b1，b2，…，b]∈Rn×m，C∈R1×n都是未知的常參數(shù)矩陣.u(t)=[u1，u2，…，um]T∈Rm是輸入向量，它的元素(驅(qū)動器)在系統(tǒng)的運行中可能發(fā)生故障(這些故障一般是未知的).這里考慮的驅(qū)動器故障模型是(0.0.2)，并假設(shè)在系統(tǒng)的運行中這里至少有一個驅(qū)動器不發(fā)生故障，即滿足基本假設(shè)(A.1). 控制目標(biāo)是選擇一控制v(t