幾種網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的故障檢測與容錯控制研究.pdf

1、通過通信網(wǎng)絡實現(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)被稱為網(wǎng)絡控制系統(tǒng)(Networked Control System，NCS)。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)具有連線少、占用空間少、實現(xiàn)成本低、安裝維護方便等優(yōu)點，但網(wǎng)絡本身的復雜性，給系統(tǒng)的分析和設計帶來了困難，也使得網(wǎng)絡控制系統(tǒng)在工程應用中對安全性、可靠性的要求更高。在含有時延和數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡環(huán)境下，本文以幾種不同的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)為研究對象，研究了它們的故障檢測與容錯控制問題

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

3、定的擾動抑制水平?？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控制器的設計方法。
　　 (2)針對包含馬爾可夫隨機時延的NCS，提出了一種魯棒故障檢測方法和一種容錯控制器設計方法。通過構造系統(tǒng)的殘差發(fā)生器，將相應的故障檢測問題轉化為H∞濾波問題，給出了基于線性矩陣不等式形式的故障檢測濾波器存在的充分條件及其設計方法。采用錐補線性化技術，給出了基于動態(tài)輸出反饋的容錯控制器的設計方法。

4、>　　 (3)考慮丟包過程滿足有限狀態(tài)馬爾可夫鏈性質，針對多執(zhí)行器失效故障，提出了一種NCS主動容錯控制策略。設計了系統(tǒng)的保性能被動容錯控制器；在此基礎上，為提高控制性能，分別針對不同的執(zhí)行器失效模式，給出了丟包網(wǎng)絡環(huán)境下系統(tǒng)的主動容錯控制策略和設計方法。
　　 (4)針對包含時延和丟包的一種連續(xù)時間NCS，提出了一種保性能容錯控制器和一種魯棒H∞容錯控制器的設計方法。通過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控制器存在的充分條件及其設計方法；考慮系統(tǒng)具有參數(shù)不確定性，通過引入新的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)滿足給定的擾動抑制性能指標的魯棒H∞容錯控制器的設計方法。
　　 (5)針對一種由T-S模糊模型描述的非線性NCS，研究了包含時延和丟包情況下系統(tǒng)的故障檢測與容錯控制問題。給出了系統(tǒng)故障觀測器增益的設計方法，保證了殘差信號對故障信號敏感