時滯系統(tǒng)的魯棒故障檢測與容錯控制方法研究.pdf

1、在實際工程應(yīng)用中，由于控制系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)雜程度日益提高，以及系統(tǒng)投資的巨大，人們迫切需要提高系統(tǒng)可靠性和安全性.然而，當(dāng)執(zhí)行器、傳感器或系統(tǒng)的其他元器件發(fā)生故障時，傳統(tǒng)的控制器不能保證閉環(huán)控制系統(tǒng)期望的性能甚至?xí)?dǎo)致不穩(wěn)定.故障診斷與容錯控制技術(shù)是解決這一問題的有效方法.為了提高故障檢測濾波器和容錯控制器的性能，本論文基于參數(shù)依賴的Lyapunov穩(wěn)定性理論和LMI技術(shù)，進(jìn)一步深入地研究了時滯系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)）的魯棒H∞性能分析

2、、狀態(tài)反饋控制器和故障檢測濾波器綜合設(shè)計以及容錯控制問題，形成了一整套新的時滯系統(tǒng)故障檢測與容錯控制方法.并將部分理論研究成果在載重拖車系統(tǒng)和間歇式反應(yīng)器等實際仿真對象中進(jìn)行了驗證.由于在時滯的處理過程中，采用了時滯分解方法，倒數(shù)凸組合技術(shù)和輸入-輸出方法，所得結(jié)果具有更小的保守性和計算負(fù)擔(dān).全文的主要工作總結(jié)如下：
　　1.研究了一類帶有時變時滯和多包丟失的離散T-S模糊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障檢測問題.假設(shè)被控對象到模糊故障檢測濾波器(F

3、FDF)之間的通信連接存在數(shù)據(jù)包丟失，且丟失概率在間隔[0,1]上滿足特定概率密度分布.離散時間模糊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用輸入-輸出和二項近似方法轉(zhuǎn)化為互聯(lián)的兩個子系統(tǒng).設(shè)計的FFDF，對所允許的數(shù)據(jù)包丟失條件，保證故障檢測動態(tài)系統(tǒng)為輸入-輸出均方穩(wěn)定.且滿足期望的H∞性能.通過選取一個新的Lyapunov函數(shù)，獲得了FFDF存在的充分條件，相應(yīng)的FFDF增益的可解性條件利用錐補(bǔ)線性化迭代算法轉(zhuǎn)化為凸最優(yōu)問題.
　　2.研究了帶有離散狀態(tài)時

4、滯、分布式時滯、數(shù)據(jù)包丟失和非線性擾動的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)故障檢測問題.不同于現(xiàn)存的故障檢測結(jié)果，這里所提出的是閉環(huán)故障檢測策略.也就是同時設(shè)計了控制器和故障檢測濾波器.假設(shè)從傳感器到控制器及控制器到執(zhí)行器的數(shù)據(jù)包丟失滿足相互獨立的白噪聲序列.將基于觀測器的故障檢測濾波器作為殘差生成器，網(wǎng)絡(luò)非線性系統(tǒng)可以表示成H∞模型匹配問題.設(shè)計的閉環(huán)故障檢測濾波器不僅保證了殘差和濾波故障的估計誤差盡可能小，同時滿足閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)非線性系統(tǒng)的指數(shù)均方穩(wěn)定.

5、>　　3.研究了帶有狀態(tài)時滯及執(zhí)行器故障的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NNCSs)模糊容錯控制問題.利用輸入時滯方法，帶有網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延和數(shù)據(jù)包丟失的NNCSs等價轉(zhuǎn)化為帶有時變時滯的Takagi-Sugeno(T-S)模糊系統(tǒng).采用時滯分解方法，時滯對象的狀態(tài)信息得以充分考慮.利用錐補(bǔ)線性化迭代算法，將非凸的穩(wěn)定性條件轉(zhuǎn)化成可行的線性矩陣不等式(LMI)形式.同時將倒數(shù)凸組合界處理技術(shù)與不相關(guān)增廣矩陣項引入到Lyapunov函數(shù)的處理當(dāng)中，獲得

6、了保守性更小的穩(wěn)定性條件.
　　4.針對一類帶有狀態(tài)時滯和隨機(jī)執(zhí)行器故障的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(NCSs)，設(shè)計了魯棒故障容錯控制器.利用輸入時滯方法，獲得了具有狀態(tài)和輸入時滯的等價系統(tǒng).在時滯分解的積分區(qū)間上采用一新的Lyapunov函數(shù)，同時利用倒數(shù)凸組合技術(shù)直接處理了逆加權(quán)凸組合二次項，獲得了保證NCSs均方漸近穩(wěn)定的充分性條件，以LMI的形式表示出來.此方法，不需要模型變換和引入額外的松弛變量，結(jié)果具有更小的保守性.
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7、.針對一類帶有時變時滯和執(zhí)行器故障的離散T-S模糊系統(tǒng)，在狀態(tài)可測、不可測兩種情況下，分別給出了模糊H∞容錯控制器的設(shè)計方法.選擇了一種更切合實際的離散齊次馬爾可夫鏈來表示執(zhí)行器故障的隨機(jī)行為.利用一類新的模型變換方法，將帶有執(zhí)行器故障的離散時滯模糊系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為互聯(lián)的兩個子系統(tǒng).利用輸入-輸出方法（標(biāo)度小增益定理）分析互聯(lián)子系統(tǒng)的隨機(jī)穩(wěn)定性.通過構(gòu)造參數(shù)依賴的Lyapunov函數(shù)，給出閉環(huán)系統(tǒng)輸入-輸出均方穩(wěn)定且滿足H∞性能的充分條件及H