事件觸發(fā)機制下線性NCS主-被動混合容錯控制研究.pdf

1、網絡化控制系統(tǒng)（Network Control System，NCS）是一種通過有限的數字通信網絡在傳感器、執(zhí)行器和控制器之間進行信息傳輸的空間分布式系統(tǒng)。在許多實際的NCS中，由于種種原因系統(tǒng)模型總是存在著不確定性，而信息在網絡中傳輸又不可避免地出現(xiàn)時延、丟包等問題，作為控制系統(tǒng)的組成部件，執(zhí)行器或傳感器也隨時可能發(fā)生各種故障，導致控制系統(tǒng)的性能下降甚至不穩(wěn)定，因此將容錯控制技術引入到NCS的安全性和可靠性的研究中日益受到人們的廣泛關

2、注。
　　容錯控制主要分為被動容錯控制（PFTC）和主動容錯控制（AFTC），PFTC是利用魯棒控制技術使系統(tǒng)對集內故障不敏感，但是由于系統(tǒng)正常和故障時控制器是同一個控制增益，保守性較大。AFTC方法是針對在線估計故障結果重組或重構新的控制器，由于在線估計故障和控制器的重組或重構需要時間，因此 AFTC實時性較差。離散事件觸發(fā)機制是給定事件觸發(fā)條件，通過判斷該條件成立與否決定信息是否傳輸，而網絡誘導時延產生的根本原因是有限的網絡帶

3、寬，引入離散事件觸發(fā)機制可以明顯降低通訊負載維持系統(tǒng)穩(wěn)定。目前針對事件觸發(fā)機制下的NCS容錯控制的研究主要集中在PFTC以及濾波器的設計。由此為了有效的節(jié)約網絡資源并結合主動和被動的優(yōu)缺點設計基于事件觸發(fā)機制的混合控制器就可能成為人們研究的主要方向。
　　鑒于此，本文針對具有時變時延的線性不確定NCS，基于事件觸發(fā)機制，研究了執(zhí)行器任意失效故障情形下的主被動混合魯棒容錯控制問題?？傮w概略如下：
　　1)基于事件觸發(fā)機制研究標

4、稱線性NCS的主被動混合容錯控制問題
　　針對具有時變時延的標稱線性NCS，首先分別基于獨立事件發(fā)生器和帶有事件發(fā)生器的智能傳感器(集成事件發(fā)生器)，建立故障系統(tǒng)模型，設計使系統(tǒng)在發(fā)生故障集以內故障時穩(wěn)定的被動容錯控制器。同時設計故障診斷觀測器估計任意執(zhí)行器失效故障的大小，一旦獲得準確的故障信息立即重構控制器以補償故障的影響，最后通過仿真對比獨立事件發(fā)生器和集成事件發(fā)生器下數據傳送量，為后續(xù)在離散事件觸發(fā)機制下的主被動混合魯棒容錯

5、控制研究奠定了基礎。
　　2)基于事件觸發(fā)機制研究線性不確定NCS的主被動混合魯棒容錯控制問題
　　針對具有時變時延的線性不確定NCS，建立基于離散事件觸發(fā)通訊機制的NCS故障模型，并基于H∞控制思想，設計了魯棒故障檢測觀測器；離線設計被動魯棒容錯控制器確保系統(tǒng)在已知故障發(fā)生時穩(wěn)定，未知故障發(fā)生初期減緩系統(tǒng)性能下降速度；同時利用魯棒故障檢測觀測器實時在線檢測故障，并重構控制器補償任意未知故障對系統(tǒng)的影響。
　　3)基于

6、事件觸發(fā)機制研究線性不確定NCS主被動切換魯棒H容錯控制問題
　　針對具有時變時延的線性不確定NCS，在受到外部有限能量擾動的影響下，基于離散事件觸發(fā)通訊機制，分別設計正?？刂破骱捅粍郁敯鬑∞容錯控制器，使系統(tǒng)正常運行時能具備良好的動態(tài)性能，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過瞬態(tài)切換函數平滑切換至被動魯棒H∞容錯控制器，確保系統(tǒng)在已知故障發(fā)生時不僅穩(wěn)定而且具有一定的H∞擾動抑制性能，未知故障發(fā)生初期減緩系統(tǒng)性能下降速度；同時設計魯棒H∞故障檢

7、測觀測器，實時檢測故障，利用自適應補償控制消除未知故障對系統(tǒng)的影響。
　　4)在以上研究的基礎上，采用仿真實例對所有系統(tǒng)的被動容錯控制器、主動容錯控制器、混合容錯控制器和切換函數設計的結果分別進行了仿真研究以及系統(tǒng)性能的影響分析，其結果表明文中所得結論是正確有效的。
　　對于上述研究結論，仿真結果表明，在傳感器端引入事件發(fā)生器，在節(jié)約網絡資源的情況下，實現(xiàn)了具有時變時延線性不確定NCS的故障估計與主被動混合魯棒容錯控制集成設