含执行器故障的不确定非线性系统的自适应容错控制

发布时间：2020-11-10 21:22

　　 执行器是工业过程控制中必要的组成部分,在长期运行过程中极有可能发生故障。执行器本身也存在输入输出非线性,若忽略这些固有特性,会降低系统性能。各种不确定性在控制系统中普遍存在,如果不充分考虑这些不确定性,轻则降低系统精度重则引起系统不稳定。本文基于控制工程中存在的执行器故障、执行器非线性和系统不确定性问题,结合自适应控制理论、Backstepping算法、模糊控制方法,研究几类非线性系统的自适应容错控制方案。(1)针对含未知执行器故障、未知参数和未知函数的一类不确定性非线性系统,提出了一种高增益自适应K-filters和基于Backstepping方法的自适应控制器算法;给出了具体的观测器参数切换准则和自适应容错控制器参数的设计方法。所提出的控制器方案,保证了所有闭环系统信号有界和满意的跟踪误差。针对系统控制增益方向未知的情形,提出了一种高增益自适应的K-filters和一种基于Nussbaum型增益和Backstepping方法的控制器算法。所提出的自适应容错控制器方案,保证了闭环系统信号有界和满意的跟踪误差。仿真结果验证了所提方案的有效性。(2)针对含执行器滞环的一类不确定性非线性系统,通过Bouc-wen模型对滞环非线性进行处理,分别提出基于Backstepping方法的自适应容错状态反馈/输出反馈控制方案。针对系统中不同性质不确定项,提出相应的自适应高增益函数来抵消其对系统性能的影响。仿真结果验证了所提方法的有效性。(3)针对含执行器死区的一类不确定性非线性系统,首先建立系统的新数学模型,使系统中不显含执行器故障和死区非线性信息;基于新模型提出一种新型的模糊自适应K-filters,并构造系统的模糊状态观测器;将执行器死区非线性分解成有用信息和类干扰项;针对系统中不同性质的干扰,采用不同的自适应高增益函数来抵消它们对系统的影响。所提出的自适应容错控制方案和参数更新策略,保证了系统所有闭环系统信号的有界和满意的跟踪误差。(4)针对含执行器滞环非线性的一类不确定性非线性系统,通过Backlash-like模型对滞环非线性进行处理,首先建立系统的新数学模型,使系统中不显含执行器故障和滞环信息;基于新模型利用模糊逻辑系统的逼近能力提出一种新型的模糊自适应K-filters,并构造系统的模糊状态观测器;将执行器滞环非线性分解成有用信息和类干扰项;针对系统中不同性质的干扰,提出不同的自适应高增益函数来抵消它们对系统性能的影响。所提出的自适应容错控制方案,保证了闭环系统信号有界和满意的跟踪误差。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP273
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 容错控制研究现状
    1.3 含执行器非线性的容错控制研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第二章 预备知识
    2.1 自适应反步积分法
    2.2 考虑执行器非线性和故障时的执行器输入输出模型
    2.3 模糊逻辑系统
    2.4 本章小结
第三章 基于高增益滤波器的一类非线性系统的自适应容错控制
    3.1 控制增益符号已知的一类非线性系统的自适应容错控制
        3.1.1 问题描述
        3.1.2 自适应容错控制器方案设计
        3.1.3 系统稳定性分析
        3.1.4 仿真分析
        3.1.5 小结
    3.2 控制增益方向未知的一类非线性系统的自适应容错控制
        3.2.1 问题描述
        3.2.2 自适应容错控制器方案设计
        3.2.3 系统稳定性分析
        3.2.4 仿真分析
        3.2.5 小结
第四章 带有执行器滞环的一类非线性系统的自适应容错控制
    4.1 基于状态反馈的自适应容错控制器设计
        4.1.1 问题描述
        4.1.2 自适应容错控制器方案设计
        4.1.3 系统稳定性分析
        4.1.4 仿真分析
        4.1.5 小结
    4.2 基于输出反馈的自适应容错控制器设计
        4.2.1 问题描述
        4.2.2 自适应容错控制器方案设计
        4.2.3 系统稳定性分析
        4.2.4 仿真实例
        4.2.5 小结
第五章 基于模糊K-filters的的非线性系统的模糊自适应容错控制
    5.1 带有执行器死区的一类非线性系统的模糊自适应容错控制器设计
        5.1.1 问题描述
        5.1.2 自适应容错控制器方案设计
        5.1.3 系统稳定性分析
        5.1.4 仿真实例
        5.1.5 小结
    5.2 带有执行器滞环的一类非线性系统的模糊自适应容错控制器设计
        5.2.1 问题描述
        5.2.2 自适应容错控制器方案设计
        5.2.3 系统稳定性分析
        5.2.4 仿真实例
        5.2.5 小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
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【参考文献】

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本文编号：2878353