基于滑模技術(shù)的不確定線性系統(tǒng)的容錯控制方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代系統(tǒng)的日益復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性和安全性越來越受到人們的重視。然而，當執(zhí)行器、傳感器或系統(tǒng)的其它元部件發(fā)生故障時，在傳統(tǒng)的反饋控制器作用下閉環(huán)系統(tǒng)通常不具有期望的性能甚至不穩(wěn)定。容錯控制技術(shù)是解決這一問題的有效方法之一。采用適當?shù)娜蒎e控制技術(shù)可以使系統(tǒng)在某些部件發(fā)生故障情況下，仍能保證系統(tǒng)穩(wěn)定且使得閉環(huán)系統(tǒng)具有較理想的性能。另一方面，由于系統(tǒng)模型建立之時往往忽略了模型不確定性以及外部擾動的影響，魯棒容錯控制問題也需要在控制理論研究中充

2、分考慮，而滑模變結(jié)構(gòu)控制是處理模型不確定性以及外部擾動的一種很好的魯棒技術(shù)。因此促使本論文在滑模變結(jié)構(gòu)控制理論的框架下研究不確定線性系統(tǒng)的容錯控制器設(shè)計問題。
　　本論文在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，對上述問題展開了研究。在滑模控制理論的框架下，提出一套魯棒容錯控制方案。針對一類不確定線性系統(tǒng)，分別利用狀態(tài)反饋和輸出反饋給出了基于滑模技術(shù)的容錯控制方案;針對一類帶有量化現(xiàn)象的不確定線性系統(tǒng)，分別利用滑模狀態(tài)反饋和滑模輸出反饋給出了動態(tài)量

3、化器量化參數(shù)的靜態(tài)調(diào)節(jié)策略，并給出了滑模容錯控制律的設(shè)計;針對一類帶有執(zhí)行器飽和現(xiàn)象的不確定線性系統(tǒng)，給出了故障信息和吸引域之間的關(guān)系。文中的主要結(jié)果均給出了相應(yīng)的仿真例子進行了驗證，仿真結(jié)果表明所提方法的有效性。本文的主要內(nèi)容如下：
　　第一、二章系統(tǒng)地分析和總結(jié)了容錯控制技術(shù)和滑?？刂评碚摰谋尘昂桶l(fā)展現(xiàn)狀，并給出了與本文相關(guān)的一些預(yù)備知識。
　　第三章主要研究了基于滑模狀態(tài)反饋的一類不確定線性系統(tǒng)的容錯控制問題。在矩陣的

4、滿秩分解技術(shù)的基礎(chǔ)上，給出了故障下界的一個信息和滑模動態(tài)存在的一個充分條件，并且根據(jù)故障信息的在線估計，在執(zhí)行器冗余的情況下，構(gòu)造了不依賴于故障檢測模塊信息的滑?？刂坡?，保證了閉環(huán)系統(tǒng)在有執(zhí)行器故障，包括某個執(zhí)行器的中斷故障的情況下依然能夠漸近穩(wěn)定。
　　第四章在第三章結(jié)果的基礎(chǔ)上，針對一類不確定線性系統(tǒng)研究了基于滑模輸出反饋的容錯控制器設(shè)計問題。在矩陣的滿秩分解技術(shù)的基礎(chǔ)上，這一章的結(jié)果無需已有文獻中輸出的個數(shù)大于輸入的個數(shù)的假

5、定。給出了一個由輸出信息和補償器信息構(gòu)造的滑模面上滑模動態(tài)穩(wěn)定的充分條件，并根據(jù)自適應(yīng)機制信息構(gòu)造的滑?？刂破鞅ＷC了閉環(huán)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性并具有H∞性能。
　　第五章研究的對象是帶有量化現(xiàn)象的一類不確定線性系統(tǒng)，提出了基于滑模狀態(tài)反饋的的容錯控制方案。為了補償量化誤差，在充分考慮故障信息的情況下，給出了動態(tài)量化器量化參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍，并設(shè)計了量化參數(shù)調(diào)節(jié)策略。為了增加設(shè)計的靈活性，本章在前面兩章滿秩分解技術(shù)的基礎(chǔ)上引入了一個參數(shù)，與已

6、有結(jié)果相比，降低了設(shè)計的保守性并擴大了應(yīng)用范圍。結(jié)合量化參數(shù)的靜態(tài)調(diào)節(jié)策略，所設(shè)計出的滑?？刂坡杀ＷC了閉環(huán)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。
　　第六章進一步在第五章的基礎(chǔ)上，將結(jié)果推廣到動態(tài)輸出反饋的結(jié)果中。首先在帶有參數(shù)調(diào)節(jié)的矩陣的滿秩分解技術(shù)的基礎(chǔ)上，給出由輸出信息和補償器狀態(tài)構(gòu)造的滑模面上滑動模態(tài)穩(wěn)定的一個充分條件。在充分考慮故障信息的情況下，給出了量化器的量化范圍并提出了量化參數(shù)調(diào)節(jié)策略，與已有結(jié)果相比，降低了設(shè)計的保守性。根據(jù)滑?？刂?/p>

7、理論，所設(shè)計的滑模容錯控制器可以保證閉環(huán)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性并具有H∞性能指標。仿真結(jié)果驗證本章提出方法的優(yōu)越性。
　　第七章研究了帶有執(zhí)行器飽和現(xiàn)象的基于滑模狀態(tài)反饋的容錯控制問題。該章在矩陣的滿秩分解技術(shù)的基礎(chǔ)上，給出了故障信息的下界和飽和度的下界值。并在滑模理論的基礎(chǔ)上，給出了吸引域和故障下界值的關(guān)系。所設(shè)計的滑?？刂坡杀ＷC閉環(huán)系統(tǒng)是局部漸近穩(wěn)定的。此外，由于給出的吸引域是受到故障下界值的影響，為了減少設(shè)計的保守性，該章還引入了