執(zhí)行器故障下系統(tǒng)的魯棒自適應(yīng)容錯(cuò)控制研究.pdf

1、在實(shí)際工程系統(tǒng)中，由于外界干擾和執(zhí)行器故障引起的非線性通常是不可避免的。在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)執(zhí)行器故障發(fā)生的時(shí)間是未知的，并且它的進(jìn)一步發(fā)展可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生不同形式和規(guī)模的故障。因此，當(dāng)一個(gè)給定的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，如何保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和保持可接受的執(zhí)行性能成為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要問(wèn)題。因?yàn)楣收鲜请y以預(yù)見和預(yù)防的，容錯(cuò)控制被視為突發(fā)故障下維持某些安全苛求系統(tǒng)安全運(yùn)行的最有前途的控制技術(shù)之一。本論文對(duì)上述關(guān)鍵問(wèn)題的研究主要從以下幾個(gè)方面

2、進(jìn)行。
　　針對(duì)一類存在執(zhí)行器故障的受擾線性系統(tǒng)的鎮(zhèn)定控制問(wèn)題，建立執(zhí)行器部分失效的故障模型，提出一種魯棒自適應(yīng)容錯(cuò)控制算法。這種控制算法不需要對(duì)時(shí)變執(zhí)行器故障的界值進(jìn)行分析與估算，不依賴于故障檢測(cè)及診斷裝置，因此結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，不需要大量的在線計(jì)算。研究表明，應(yīng)用所設(shè)計(jì)的控制方法，不僅能夠保證執(zhí)行器故障下系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也能夠有效抑制狀態(tài)相關(guān)的外界干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的證明和仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制算法的

3、有效性，即當(dāng)系統(tǒng)存在外界干擾、參數(shù)不確定性以及執(zhí)行器故障時(shí)，控制器能夠保證系統(tǒng)的鎮(zhèn)定。然后，將此方法進(jìn)行推廣和改進(jìn)，解決執(zhí)行器故障下模型不確定隨機(jī)系統(tǒng)的容錯(cuò)控制問(wèn)題。
　　針對(duì)一類存在建模不確定性和執(zhí)行器故障的非線性系統(tǒng)，研究其狀態(tài)跟蹤控制問(wèn)題。在控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程中較為關(guān)注易設(shè)計(jì)性和低成本兩個(gè)方面，其設(shè)計(jì)理念是將模型參考自適應(yīng)方法和基于徑向基函數(shù)(Radial basis function，RBF)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Neural net

4、work，NN)方法結(jié)合起來(lái)應(yīng)用于被控對(duì)象，所提出的幾種控制策略既不需要精確的系統(tǒng)模型信息，也不需要對(duì)時(shí)變故障信息進(jìn)行分析與估計(jì)，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算量小。然后，為解決一類同時(shí)存在執(zhí)行器故障、狀態(tài)時(shí)滯和輸入受限的非線性參數(shù)化重復(fù)運(yùn)行系統(tǒng)的狀態(tài)跟蹤問(wèn)題，提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)容錯(cuò)控制方法。這種控制策略由一個(gè)非線性反饋?lái)?xiàng)和一個(gè)魯棒項(xiàng)構(gòu)成，能夠補(bǔ)償執(zhí)行器故障、輸入飽和以及狀態(tài)時(shí)滯給系統(tǒng)帶來(lái)的非線性影響。通過(guò)構(gòu)建一個(gè)時(shí)間權(quán)重的類Lya

5、punov-Krasovskii的組合能量函數(shù)證明閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　針對(duì)多智能體系統(tǒng)，單個(gè)智能體的執(zhí)行器故障可通過(guò)智能體間的協(xié)同行為擴(kuò)散到整個(gè)系統(tǒng)，從而導(dǎo)致性能下降甚至系統(tǒng)失穩(wěn)，造成嚴(yán)重事故。為實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)中有源負(fù)載的協(xié)調(diào)控制，提出了兩種控制策略。當(dāng)故障信息已知時(shí)，為每一個(gè)有源負(fù)載定義一個(gè)博弈性能指標(biāo)函數(shù)，然后設(shè)計(jì)一個(gè)分布式控制策略同時(shí)最小化所有的指標(biāo)函數(shù)。在MATLAB/Simulink環(huán)境下對(duì)一個(gè)低壓直流微電網(wǎng)的有源負(fù)