多源输入半马尔科夫跳变系统的容错控制器设计

发布时间：2020-11-20 17:59

　　近年来,科技的迅速发展使得对控制系统性能的要求更加严苛。在实际工业过程中,因受到随机参数变化等的影响,系统的结构和参数会发生改变。马尔科夫跳变系统由于其自身系统特性对这类复杂系统具有强大的建模能力,因而受到控制界和工程界学者的广泛关注,并且其研究成果越来越多地被应用到实际系统中。然而,因其转移概率矩阵是时不变的,许多实际系统常常无法满足这一要求而限制了其相关理论的应用。半马尔科夫跳变系统由于放松了对转移概率矩阵时不变的限制,因此其实际应用范围更广泛。另一方面,由于系统自身结构的复杂性和环境的多变性,未建模动态、信息通道的噪声、执行器故障和外界扰动等广泛存在于实际系统中,对这类含有多源输入复杂系统的研究可以提高控制系统的性能。因此研究多源输入半马尔科夫跳变系统的容错控制问题有着重要的理论意义和实际价值。本文研究了含有多源干扰和时变故障的半马尔科夫跳变系统的复合分层容错控制问题;当可建模干扰为不匹配干扰时,研究了含有不匹配干扰和时变故障的半马尔科夫跳变系统的积分滑模控制问题;进一步研究了基于事件驱动半马尔科夫跳变系统的复合积分滑模控制问题。主要创新点如下:(1)研究了含有多源干扰和时变故障的半马尔科夫跳变系统的复合分层容错控制问题。其中多源干扰包括可建模干扰和能量有界干扰,在被控对象中考虑三种类型的故障(常值故障、正弦故障、斜坡故障)。通过设计降阶观测器,结合H∞控制方法提出了具有特殊形式的复合分层容错控制方法。其中,复合分层容错控制器包含一个状态反馈控制和两个前馈控制。通过一个仿真算例验证了在三种故障类型情况下所提出的复合分层容错控制方法的有效性。(2)研究了可建模干扰作为不匹配干扰时,半马尔科夫跳变系统的积分滑模控制问题。首先通过设计干扰观测器和故障诊断观测器,得出干扰和故障的误差系统,分析误差系统的稳定性并求出观测器的增益矩阵。然后结合积分滑模控制方法提出基于干扰观测器的积分滑模控制方法来保证系统的随机稳定性并能有效地抵消干扰和补偿故障。进一步,为了减少控制器的计算次数,引入事件触发控制策略。通过设计合适的事件触发机制,提出基于事件驱动的复合积分滑模控制方法使得在保证系统稳定性的前提下减少通信资源的浪费。最后通过仿真算例验证了在三种故障类型情况下所提出的上述两种控制器的有效性。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP13
【部分图文】：

状态曲线,闭环系统,常值,估计值