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(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)（Network Control System，NCS）是一種通過有限的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)在傳感器、執(zhí)行器和控制器之間進行信息傳輸?shù)目臻g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(wǎng)絡(luò)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(dǎo)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(shù)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(guān)

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(shù)使系統(tǒng)對集內(nèi)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(jié)果重組或重構(gòu)新的控制器，由于在線估計故障和控制器的重組或重構(gòu)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(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延產(chǎn)生的根本原因是有限的網(wǎng)絡(luò)帶

3、寬，引入離散事件觸發(fā)機制可以明顯降低通訊負(fù)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(shè)計。由此為了有效的節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源并結(jié)合主動和被動的優(yōu)缺點設(shè)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(biāo)

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(biāo)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(shè)計使系統(tǒng)在發(fā)生故障集以內(nèi)故障時穩(wěn)定的被動容錯控制器。同時設(shè)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(zhǔn)確的故障信息立即重構(gòu)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(shù)據(jù)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(chǔ)。
　　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(shè)計了魯棒故障檢測觀測器；離線設(shè)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(gòu)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(shè)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(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過瞬態(tài)切換函數(shù)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(shè)計魯棒H∞故障檢

7、測觀測器，實時檢測故障，利用自適應(yīng)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(chǔ)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(shù)設(shè)計的結(jié)果分別進行了仿真研究以及系統(tǒng)性能的影響分析，其結(jié)果表明文中所得結(jié)論是正確有效的。
　　對于上述研究結(jié)論，仿真結(jié)果表明，在傳感器端引入事件發(fā)生器，在節(jié)約網(wǎng)絡(luò)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(shè)