線性系統(tǒng)的可靠控制.pdf

1、自從二十世紀(jì)七十年代后期Siljak首次在控制領(lǐng)域提出可靠控制以來，系統(tǒng)的可靠控制設(shè)計問題已經(jīng)引起了人們的廣泛重視，并提出了許多設(shè)計可靠控制的方法。但是直到最近幾年，可靠控制設(shè)計還都是基于離散故障模型。離散故障模型是最簡單的故障模型，這種故障模型是把出現(xiàn)故障部件的信號輸出設(shè)為零。本文使用的故障模型為更一般和更實際的連續(xù)故障模型。 本文的主要工作如下：第一章介紹了容錯控制的發(fā)展過程和背景，以及關(guān)于實現(xiàn)安全功能的冗余和可靠控制的特點

2、。討論了可靠控制與魯棒控制的關(guān)系和可靠控制在容錯控制技術(shù)中的地位。最后，介紹一些關(guān)于容錯控制的基礎(chǔ)知識。 第二章介紹了關(guān)于部件(包括執(zhí)行器和傳感器)的連續(xù)故障模型。給出了設(shè)計可靠控制器的兩種方法-替換法和凸組合方法的概念。同時給出了設(shè)計多故障可靠的多部件故障集合，提出了考慮任意單故障可靠的控制器設(shè)計的單故障集合的概念。最后給出了一些后續(xù)各章需要的引理。 第三章針對線性離散和連續(xù)系統(tǒng)研究了保性能可靠控制器的設(shè)計問題。基于L

3、MIs，給出了可靠控制和標(biāo)準(zhǔn)控制存在性充分條件。利用凸優(yōu)化理論，將優(yōu)化保性能標(biāo)準(zhǔn)控制器和可靠控制器的設(shè)計轉(zhuǎn)換成凸優(yōu)化的算法。仿真表明本章提出方法的有效性。進一步，比較保成本標(biāo)準(zhǔn)控制和保成本可靠控制驗證了所提方法的必要性。 第四章研究了考慮執(zhí)行器故障魯棒的H∞可靠控制問題。提出了單故障和多故障可靠控制器的設(shè)計問題，利用LMI技術(shù)完成了H∞可靠控制器的設(shè)計。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時控制器保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可接受的H∞性能指標(biāo)，同時優(yōu)化了無故障時

4、的系統(tǒng)H∞性能指標(biāo)。最后給出數(shù)值例子驗證提出方法的有效性，比較可靠控制與標(biāo)準(zhǔn)控制進一步說明了本文提出方法的必要性。 第五章對于線性不確定系統(tǒng)，給出了可靠跟蹤控制器存在性充分條件。利用LMIs完成可靠控制器的設(shè)計。最后，仿真數(shù)例驗證了提出方法的有效性，進一步比較可靠和標(biāo)準(zhǔn)控制器說明了本文提出方法的必要性。 第六章考慮執(zhí)行器故障，研究了圓盤極點配置可靠控制問題。對于具有不確定因素的線性系統(tǒng)，給出了圓盤極點配置的可靠控制器存在

5、的充分條件。通過求解LMIs完成可靠控制器的設(shè)計。仿真數(shù)例不僅說明了本文提出方法的可行性而且也說明了可靠控制的必要性。另一方面，利用上述方法，給出了魯棒區(qū)域穩(wěn)定可靠控制存在的充分必要條件。通過求解LMIs完成可靠控制器的設(shè)計?？煽靠刂破鲗Σ淮_定性具有魯棒性，同時可以抵御系統(tǒng)故障對系統(tǒng)的影響。仿真數(shù)例說明了提出方法的有效性。 第七章研究了狀態(tài)反饋可靠控制設(shè)計問題?？煽靠刂票ＷC了系統(tǒng)出現(xiàn)故障時存在一個穩(wěn)定的方差。利用LMIs給出了可

6、靠控制器存在的充分條件和設(shè)計方法，這種方法具有較小的保守性。本章在保證故障情況下一個可接受的性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化無故障情況下的性能指標(biāo)。數(shù)例說明可靠控制器設(shè)計過程。仿真結(jié)果說明了可靠控制器設(shè)計的可行性和必要性。 第八章給出了考慮傳感器故障的魯棒可靠H∞濾波器的設(shè)計問題。分別給出了考慮多傳感器和單傳感器故障的可靠控制問題。設(shè)計方法是在保證故障狀態(tài)下有一個可接受的性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上優(yōu)化無故障時的性能指標(biāo)。在設(shè)計過程中由于使用了凸集法