幾種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)與容錯(cuò)控制研究.pdf

1、通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)地域上分布的系統(tǒng)部件之間的信息交互，形成閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)被稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(Networked Control System，NCS)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有連線(xiàn)少、占用空間少、實(shí)現(xiàn)成本低、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但網(wǎng)絡(luò)本身的復(fù)雜性，給系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)帶來(lái)了困難，也使得網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在工程應(yīng)用中對(duì)安全性、可靠性的要求更高。在含有時(shí)延和數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，本文以幾種不同的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究了它們的故障檢測(cè)與容錯(cuò)控制問(wèn)題

2、，以期提高NCS的安全性和可靠性，為其能更好的應(yīng)用于工程實(shí)際做好理論鋪墊。本文的主要研究成果如下：
　　 (1)針對(duì)包含時(shí)延且丟包率已知的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，提出了一種基于觀測(cè)器的故障檢測(cè)方法。利用異步動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論，給出了故障觀測(cè)器指數(shù)穩(wěn)定的充分條件及其設(shè)計(jì)方法。針對(duì)丟包率未知的NCS，將系統(tǒng)建模為含有四個(gè)模態(tài)的馬爾可夫跳變系統(tǒng)，提出了一種魯棒故障檢測(cè)方法。利用馬爾可夫跳變系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)了故障檢測(cè)濾波器，使得殘差動(dòng)態(tài)系統(tǒng)均方穩(wěn)定且具有一

3、定的擾動(dòng)抑制水平?？紤]參數(shù)不確定性和執(zhí)行器連續(xù)增益故障的情況，給出了閉環(huán)故障系統(tǒng)均方穩(wěn)定的充分條件和容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)方法。
　　 (2)針對(duì)包含馬爾可夫隨機(jī)時(shí)延的NCS，提出了一種魯棒故障檢測(cè)方法和一種容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)方法。通過(guò)構(gòu)造系統(tǒng)的殘差發(fā)生器，將相應(yīng)的故障檢測(cè)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為H∞濾波問(wèn)題，給出了基于線(xiàn)性矩陣不等式形式的故障檢測(cè)濾波器存在的充分條件及其設(shè)計(jì)方法。采用錐補(bǔ)線(xiàn)性化技術(shù)，給出了基于動(dòng)態(tài)輸出反饋的容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)方法。

4、>　　 (3)考慮丟包過(guò)程滿(mǎn)足有限狀態(tài)馬爾可夫鏈性質(zhì)，針對(duì)多執(zhí)行器失效故障，提出了一種NCS主動(dòng)容錯(cuò)控制策略。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的保性能被動(dòng)容錯(cuò)控制器；在此基礎(chǔ)上，為提高控制性能，分別針對(duì)不同的執(zhí)行器失效模式，給出了丟包網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下系統(tǒng)的主動(dòng)容錯(cuò)控制策略和設(shè)計(jì)方法。
　　 (4)針對(duì)包含時(shí)延和丟包的一種連續(xù)時(shí)間NCS，提出了一種保性能容錯(cuò)控制器和一種魯棒H∞容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)引入積分不等式和松弛矩陣變量，給出了此種系統(tǒng)基于矩陣不

5、等式表示的保性能容錯(cuò)控制器存在的充分條件及其設(shè)計(jì)方法；考慮系統(tǒng)具有參數(shù)不確定性，通過(guò)引入新的Lyapunov-Krasovskii泛函，得到了保守性較小的故障系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性條件，并給出了使故障系統(tǒng)滿(mǎn)足給定的擾動(dòng)抑制性能指標(biāo)的魯棒H∞容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)方法。
　　 (5)針對(duì)一種由T-S模糊模型描述的非線(xiàn)性NCS，研究了包含時(shí)延和丟包情況下系統(tǒng)的故障檢測(cè)與容錯(cuò)控制問(wèn)題。給出了系統(tǒng)故障觀測(cè)器增益的設(shè)計(jì)方法，保證了殘差信號(hào)對(duì)故障信號(hào)敏感