幾類切換系統(tǒng)的魯棒容錯控制問題的研究.pdf

1、切換系統(tǒng)是一類特殊且非常重要的混雜系統(tǒng)，它在電力系統(tǒng)、化工過程以及航天航空等工業(yè)領域有著廣泛的應用背景。眾所周知在這些實際工業(yè)系統(tǒng)是存在不確定性的和系統(tǒng)元件發(fā)生故障也是不可避免的。在這些工業(yè)控制過程中，如果在設計控制器時忽略了不確定性或者系統(tǒng)內(nèi)部元件發(fā)生故障的情況，將會導致系統(tǒng)控制精度達不到實際要求甚至會導致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、安全性以及可行性。因此，研究在工業(yè)過程中具有廣泛應用背景的切換系統(tǒng)的魯棒容錯控制問題有

2、其重要的實際意義。然而由于切換系統(tǒng)本身同時存在連續(xù)狀態(tài)和離散事件的混雜性以及其系統(tǒng)的不確定性和發(fā)生故障的不可預測性使得切換系統(tǒng)的魯棒容錯控制問題的研究難度很大，研究結果相當有限。本文針對執(zhí)行器發(fā)生故障的不確定切換系統(tǒng)的魯棒容錯控制問題開展了一系列研究。主要工作包括:
　　首先，本文對切換系統(tǒng)、魯棒控制以及容錯控制進行了簡要的綜述。具體包括:切換系統(tǒng)的概念，切換系統(tǒng)的工程背景以及研究方法和最新進展;魯棒控制概念、研究方法及現(xiàn)狀;容錯

3、控制與可靠控制的區(qū)別和聯(lián)系、容錯控制的概念方法以及文獻中的最新成果。
　　其次，本文針對一類不確定線性切換系統(tǒng)利用多李雅普諾夫函數(shù)方法分別研究了魯棒容錯保成本控制和魯棒容錯H∞控制問題。首先針對此類切換系統(tǒng)定義了其容錯保成本控制，并利用多李雅普諾夫函數(shù)方法給出了此類切換系統(tǒng)魯棒容錯保成本控制的充分條件。其次利用相同的方法研究了此類系統(tǒng)的魯棒容錯H∞控制問題。最后將連續(xù)控制器不能解決的一類線性系統(tǒng)的魯棒容錯H∞控制問題作為特例設計了

4、混雜魯棒容錯H∞控制器。
　　再次，本文針對一類不確定線性切換時滯系統(tǒng)利用平均駐留時間方法研究了魯棒容錯控制問題。首先利用平均駐留時間指數(shù)鎮(zhèn)定此類系統(tǒng)并顯式給出了狀態(tài)的范數(shù)估計上界，然后將該結果應用到文獻中河流污染控制模型上，在其執(zhí)行器失效的情形下設計了魯棒容錯控制器來實現(xiàn)河流污染問題中單位體積需氧量濃度和溶解氧濃度達到其穩(wěn)態(tài)值。
　　然后，本文針對一類不確定非線性級聯(lián)切換系統(tǒng)利用共同李雅普諾夫函數(shù)技術構造狀態(tài)反饋控制器來實

5、現(xiàn)該系統(tǒng)在任意切換切換策略下的鎮(zhèn)定問題。并將該結果應用到F-18飛行器動態(tài)模型的緯度控制系統(tǒng)上，在其執(zhí)行器失效的情形下設計了魯棒容錯控制器來實現(xiàn)攻角和俯仰角速率達到某個期望值。
　　本文接著利用平均駐留時間方法仍對此類不確定非線性級聯(lián)切換系統(tǒng)實現(xiàn)了其魯棒容錯控制。如果在切換過程中平均駐留時間大于某個正常數(shù)，該方法可以指數(shù)鎮(zhèn)定此類切換系統(tǒng)而且不依賴于切換策略。最后顯式給出了系統(tǒng)狀態(tài)的范數(shù)估計。仿真例子驗證了該方法的有效性。
　

6、　然后，本文考慮一類執(zhí)行器部分失效且非線性子系統(tǒng)中含有滿足線性增長條件的不確定性的非線性級聯(lián)切換系統(tǒng)。針對此類切換系統(tǒng)分別利用共同李雅普諾夫函數(shù)和平均駐留時間方法設計了魯棒容錯控制器。首先給出了部分失效故障模型，其次利用共同李雅普諾夫函數(shù)方法設計了魯棒容錯控制器并將其應用到具有虛擬環(huán)境的觸摸屏系統(tǒng)的模型中實現(xiàn)了其容錯控制，最后利用平均駐留時間法實現(xiàn)執(zhí)行器部分失效的魯棒容錯控制問題。
　　最后，對全文所做的工作進行了總結，并指出了下