非線性NCS的魯棒容錯(cuò)控制研究.pdf

1、由于NCS較傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的控制系統(tǒng)，在規(guī)模、結(jié)構(gòu)等方面更加龐大、復(fù)雜，各種不確定性和故障誘發(fā)因素也更多，一旦發(fā)生故障就有可能造成人員和財(cái)產(chǎn)的巨大損失，因此通過(guò)容錯(cuò)設(shè)計(jì)使NCS具有較高的安全可靠性，已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注。本文針對(duì)研究之初NCS容錯(cuò)控制成果中，受控對(duì)象以線性為主，控制策略大多采用狀態(tài)反饋，結(jié)論主要為保守性較大的時(shí)滯不依賴的完整性設(shè)計(jì)等問(wèn)題，研究了同時(shí)存在時(shí)變時(shí)延和丟包的不確定非線性NCS(NNCS)的魯棒容錯(cuò)控制問(wèn)題?？傮w

2、概略如下:
　　 1)針對(duì)同時(shí)存在時(shí)變時(shí)延和丟包的不確定NNCS，將丟包看做是一種特殊的時(shí)延，基于T-S模糊模型，在可能的執(zhí)行器或傳感器失效故障下，考慮狀態(tài)變量可測(cè)時(shí)和不可測(cè)時(shí)2種情況，分別采用狀態(tài)反饋和基于狀態(tài)觀測(cè)器的動(dòng)態(tài)輸出反饋控制策略，建立了不確定閉環(huán)故障NNCS的模型。特別是基于狀態(tài)觀測(cè)器的動(dòng)態(tài)輸出反饋控制的建模中，時(shí)延采用了更符合工程實(shí)際的分段處理方法，并分別考慮了分段時(shí)延的上下界，為后續(xù)少保守性結(jié)論的獲得奠定了基礎(chǔ)。

3、
　　 2)采用狀態(tài)反饋控制策略，以時(shí)滯依賴的方法，通過(guò)構(gòu)造適當(dāng)?shù)腖yapunov-Krasovskii泛函，綜合應(yīng)用自由權(quán)矩陣、積分不等式、交叉項(xiàng)界定、線性矩陣不等式等方法和技術(shù)，研究了不確定NNCS對(duì)執(zhí)行器或傳感器失效故障的魯棒容錯(cuò)控制問(wèn)題，得到了使不確定NNCS具有魯棒完整性、魯棒H∞完整性、魯棒保性能及魯棒H∞保性能容錯(cuò)等少保守性的時(shí)滯依賴充分條件和控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并對(duì)所得結(jié)論進(jìn)行了有效性仿真驗(yàn)證和保守性比較研究。

4、由于結(jié)論中包括了有關(guān)時(shí)延屬性的所有信息，尤其是時(shí)延下界τm的引入，使得結(jié)論的保守性得以減少。另外，在分析中未進(jìn)行模型變換，也未放大任何項(xiàng)和忽略有用項(xiàng)，而是借助Newton-Leibniz公式和積分不等式引入了較多自由權(quán)矩陣，使得求解的自由度變大，保守性也進(jìn)一步減少。
　　 3)采用基于狀態(tài)觀測(cè)器的動(dòng)態(tài)輸出反饋控制策略，首先應(yīng)用類(lèi)似前述狀態(tài)反饋控制的研究方法，研究了不確定NNCS對(duì)執(zhí)行器失效故障具有魯棒完整性及魯棒H∞完整性的容錯(cuò)

5、控制問(wèn)題。其次，考慮采用動(dòng)態(tài)輸出控制策略后對(duì)時(shí)延的分段處理，前述方法因過(guò)多自由權(quán)矩陣的引入會(huì)產(chǎn)生大量的決策變量導(dǎo)致計(jì)算更加復(fù)雜，進(jìn)而在研究魯棒保性能及魯棒H∞保性能容錯(cuò)控制問(wèn)題時(shí)，僅通過(guò)改進(jìn)的Jensen不等式對(duì)交叉項(xiàng)進(jìn)行了處理，并引入了時(shí)延信息的中間量α1和α2以適當(dāng)降低矩陣維數(shù)。由于未通過(guò)Newton-Leibniz公式引入任何自由權(quán)矩陣，明顯減少了由此帶來(lái)的過(guò)多決策變量所引起的計(jì)算負(fù)擔(dān)，以及過(guò)多決策變量?jī)?yōu)化而可能產(chǎn)生的保守性。通過(guò)

6、上述研究，得到了使不確定NNCS具有魯棒完整性、魯棒H∞完整性、魯棒保性能及魯棒H∞保性能容錯(cuò)等少保守性的時(shí)滯依賴充分條件和控制器優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)所得結(jié)論進(jìn)行了有效性的仿真驗(yàn)證。文中，還就保守性及計(jì)算復(fù)雜度對(duì)2種方法進(jìn)行了比較研究，結(jié)果表明后一方法在減少結(jié)論保守性和降低計(jì)算復(fù)雜度上更具優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而昭示出對(duì)提高不確定NNCS容錯(cuò)滿意度的益處。
　　 4)借助于蘭州理工大學(xué)先進(jìn)控制實(shí)驗(yàn)室的PCS平臺(tái)，基于OPC等技術(shù)成功開(kāi)發(fā)了虛擬

7、NCS試驗(yàn)平臺(tái)，并在此平臺(tái)上對(duì)所有理論成果進(jìn)行了工程可用性實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明構(gòu)建的虛擬NCS試驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)行可靠，所有理論結(jié)果正確、有效。由于該平臺(tái)的靈活性，為復(fù)雜NCS的時(shí)延研究提供了便利。
　　 總之，本文針對(duì)不確定NNCS所提出的一系列少保守性、高滿意度、低復(fù)雜度的魯棒容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)方法，將成為提高NCS安全可靠性的重要途徑。尤其是針對(duì)實(shí)際工程上狀態(tài)變量可能不易全部獲得的情形，將狀態(tài)觀測(cè)器、控制器、網(wǎng)絡(luò)屬性、故障等統(tǒng)一在T-