非線性NCS的魯棒容錯控制研究.pdf

1、由于NCS較傳統(tǒng)點對點連接的控制系統(tǒng)，在規(guī)模、結構等方面更加龐大、復雜，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產的巨大損失，因此通過容錯設計使NCS具有較高的安全可靠性，已經受到了廣泛的關注。本文針對研究之初NCS容錯控制成果中，受控對象以線性為主，控制策略大多采用狀態(tài)反饋，結論主要為保守性較大的時滯不依賴的完整性設計等問題，研究了同時存在時變時延和丟包的不確定非線性NCS(NNCS)的魯棒容錯控制問題?？傮w

2、概略如下:
　　 1)針對同時存在時變時延和丟包的不確定NNCS，將丟包看做是一種特殊的時延，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)變量可測時和不可測時2種情況，分別采用狀態(tài)反饋和基于狀態(tài)觀測器的動態(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)觀測器的動態(tài)輸出反饋控制的建模中，時延采用了更符合工程實際的分段處理方法，并分別考慮了分段時延的上下界，為后續(xù)少保守性結論的獲得奠定了基礎。

3、
　　 2)采用狀態(tài)反饋控制策略，以時滯依賴的方法，通過構造適當的Lyapunov-Krasovskii泛函，綜合應用自由權矩陣、積分不等式、交叉項界定、線性矩陣不等式等方法和技術，研究了不確定NNCS對執(zhí)行器或傳感器失效故障的魯棒容錯控制問題，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∞保性能容錯等少保守性的時滯依賴充分條件和控制器的優(yōu)化設計方法，并對所得結論進行了有效性仿真驗證和保守性比較研究。

4、由于結論中包括了有關時延屬性的所有信息，尤其是時延下界τm的引入，使得結論的保守性得以減少。另外，在分析中未進行模型變換，也未放大任何項和忽略有用項，而是借助Newton-Leibniz公式和積分不等式引入了較多自由權矩陣，使得求解的自由度變大，保守性也進一步減少。
　　 3)采用基于狀態(tài)觀測器的動態(tài)輸出反饋控制策略，首先應用類似前述狀態(tài)反饋控制的研究方法，研究了不確定NNCS對執(zhí)行器失效故障具有魯棒完整性及魯棒H∞完整性的容錯

5、控制問題。其次，考慮采用動態(tài)輸出控制策略后對時延的分段處理，前述方法因過多自由權矩陣的引入會產生大量的決策變量導致計算更加復雜，進而在研究魯棒保性能及魯棒H∞保性能容錯控制問題時，僅通過改進的Jensen不等式對交叉項進行了處理，并引入了時延信息的中間量α1和α2以適當降低矩陣維數。由于未通過Newton-Leibniz公式引入任何自由權矩陣，明顯減少了由此帶來的過多決策變量所引起的計算負擔，以及過多決策變量優(yōu)化而可能產生的保守性。通過

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∞保性能容錯等少保守性的時滯依賴充分條件和控制器優(yōu)化的設計方法，并對所得結論進行了有效性的仿真驗證。文中，還就保守性及計算復雜度對2種方法進行了比較研究，結果表明后一方法在減少結論保守性和降低計算復雜度上更具優(yōu)勢，進而昭示出對提高不確定NNCS容錯滿意度的益處。
　　 4)借助于蘭州理工大學先進控制實驗室的PCS平臺，基于OPC等技術成功開發(fā)了虛擬

7、NCS試驗平臺，并在此平臺上對所有理論成果進行了工程可用性實驗研究。結果表明構建的虛擬NCS試驗平臺運行可靠，所有理論結果正確、有效。由于該平臺的靈活性，為復雜NCS的時延研究提供了便利。
　　 總之，本文針對不確定NNCS所提出的一系列少保守性、高滿意度、低復雜度的魯棒容錯控制器的設計方法，將成為提高NCS安全可靠性的重要途徑。尤其是針對實際工程上狀態(tài)變量可能不易全部獲得的情形，將狀態(tài)觀測器、控制器、網絡屬性、故障等統(tǒng)一在T-