具有执行器故障和干扰的非线性系统自适应容错控制研究

发布时间：2021-06-25 16:31

　　近年来,工业系统的自动化水平高速发展,控制要求不断提高。相应地,系统部件日益增多,非线性程度不断增加,这给系统的分析与综合带来了巨大挑战。一方面,系统长时间工作或人员不正确操作等因素会致使系统产生故障;另一方面,系统组件增多,干扰进入系统渠道增多,多源化、不匹配扰动对系统的作用更为复杂,进一步增加了控制难度。故障和干扰会降低系统的控制性能,甚至直接破坏系统的稳定性。因此,提高非线性系统的容错能力,补偿故障对系统的影响,抑制外界干扰,对非线性系统的稳定运行至关重要。本文针对非线性控制系统的执行器故障和干扰问题,开展容错控制研究,主要研究内容如下:1)研究了具有执行器故障的Lipschitz非线性系统的鲁棒容错控制方法。针对一类受到执行器故障以及干扰的Lipschitz非线性系统,提出了一种鲁棒滑模容错控制方法。首先,设计了一种综合观测器以同时估计系统的状态、故障以及干扰信号;其次,利用观测器获得的信息,设计了一种鲁棒滑模容错控制器。在该控制方法中,将干扰分为两部分分别进行处理,并基于Lyapunov理论分析了系统的稳定性。最后,通过仿真,验证了该算法的有效性。2)研究了基于综合观测器的仿... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：135 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

容错技术的应用

电子科技大学博士学位论文2意义。目前，非线性系统容错控制仍然存在诸多挑战，许多问题亟需解决，如下图1-2所示，主要体现在系统外界干扰、故障以及参数不确定性，其中，外界干扰以及系统故障为非线性系统控制研究中两个主要问题。图1-2非线性系统容错控制存在的问题（一）系统干扰问题随着系统复杂程度增加，系统组件增多，外界干扰进入系统的渠道增多。一般来说，系统的外界干扰可以分为匹配性干扰以及非匹配性干扰[16]。匹配性干扰的主要特征是，干扰信号进入系统的通道与控制信号相同，在系统的状态空间模型中，该类干扰信号的系数矩阵dB与控制器系数矩阵B存在一定的线性相关性，即dB可以写成系数矩阵B的线性组合[17-20]。非匹配性干扰的特征是，干扰信号进入系统的渠道和控制输入不同，其系数矩阵不在控制器矩阵所展开的空间中，即,drankBBrankB[21-24]。对于匹配性干扰，可以通过设计反馈控制器抑制其对系统的影响，从而保证系统的稳定性。而非匹配性干扰，由于其进入系统机理复杂，且存在一定随机性，严重影响系统的稳定性，该类干扰是目前非线性系统容错控制的难点之一。目前较为可行的方法就是设计观测器，通过观测器获得干扰信号的相关信息，并基于观测信息设计后续的控制器[25-28]。如前所述，在许多实际系统中，很难获得系统状态，然而，大多数干扰观测器设计都建立在系统状态可测量的基础上。如何设计有效的观测器并将之用于控制器设计，以达到较好的干扰抑制效果是非线性系统抗干扰控制的重要课题之一。（二）系统故障问题当系统的某个特征属性或参数偏离了可接受的性能指标范围，即可认为系统

电子科技大学博士学位论文41.2非线性系统容错控制研究现状容错控制按照控制器是否在线设计分为主动容错控制和被动容错控制[40-45]，如图1-3所示。图1-3容错控制系统分类由上图1-3可知，在被动容错控制框架下，控制器的参数是固定的，控制器设计也主要基于离线获得的故障信息。当系统运行时，该类控制器能够补偿的故障信号程度有限，对于离线故障数据库中未包含的故障不具有容错能力。因此，被动容错方法具有较强的保守性，适合标称系统或者预期故障情况。相反，主动容错控制则具有较强的灵活性。该方法使用在线检测获得的故障信息，实时调整控制器参数。因此，主动容错方法可以在线处理系统出现的新故障，以保持系统的稳定，主动容错控制的框架如图1-4所示。图1-4主动容错控制基本框架由上图1-4可知，主动容错方法包含了检测层，主要由故障检测、分离、评价

【参考文献】：
期刊论文
[1]六自由度IRB-120机器人机械手的滑模控制与边界层控制（英文）[J]. Mojtaba HADI BARHAGHTALAB,Vahid MEIGOLI,Mohammad Reza GOLBAHAR HAGHIGHI,Seyyed Ahmad NAYERI,Arash EBRAHIMI.  Journal of Central South University. 2018(09)



本文编号：3249544