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(lái)，系統(tǒng)的可靠控制設(shè)計(jì)問(wèn)題已經(jīng)引起了人們的廣泛重視，并提出了許多設(shè)計(jì)可靠控制的方法。但是直到最近幾年，可靠控制設(shè)計(jì)還都是基于離散故障模型。離散故障模型是最簡(jiǎn)單的故障模型，這種故障模型是把出現(xiàn)故障部件的信號(hào)輸出設(shè)為零。本文使用的故障模型為更一般和更實(shí)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(cuò)控制的發(fā)展過(guò)程和背景，以及關(guān)于實(shí)現(xiàn)安全功能的冗余和可靠控制的特點(diǎn)

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(cuò)控制技術(shù)中的地位。最后，介紹一些關(guān)于容錯(cuò)控制的基礎(chǔ)知識(shí)。 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(jì)可靠控制器的兩種方法-替換法和凸組合方法的概念。同時(shí)給出了設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)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(jì)問(wèn)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(jì)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(jìn)一步，比較保成本標(biāo)準(zhǔn)控制和保成本可靠控制驗(yàn)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(wèn)題。提出了單故障和多故障可靠控制器的設(shè)計(jì)問(wèn)題，利用LMI技術(shù)完成了H∞可靠控制器的設(shè)計(jì)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)控制器保證系統(tǒng)穩(wěn)定和可接受的H∞性能指標(biāo)，同時(shí)優(yōu)化了無(wú)故障時(shí)

4、的系統(tǒng)H∞性能指標(biāo)。最后給出數(shù)值例子驗(yàn)證提出方法的有效性，比較可靠控制與標(biāo)準(zhǔn)控制進(jìn)一步說(shuō)明了本文提出方法的必要性。 第五章對(duì)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(jì)。最后，仿真數(shù)例驗(yàn)證了提出方法的有效性，進(jìn)一步比較可靠和標(biāo)準(zhǔn)控制器說(shuō)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(diǎn)配置可靠控制問(wèn)題。對(duì)于具有不確定因素的線性系統(tǒng)，給出了圓盤極點(diǎn)配置的可靠控制器存在

5、的充分條件。通過(guò)求解LMIs完成可靠控制器的設(shè)計(jì)。仿真數(shù)例不僅說(shuō)明了本文提出方法的可行性而且也說(shuō)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(guò)求解LMIs完成可靠控制器的設(shè)計(jì)?？煽靠刂破鲗?duì)不確定性具有魯棒性，同時(shí)可以抵御系統(tǒng)故障對(duì)系統(tǒng)的影響。仿真數(shù)例說(shuō)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(jì)問(wèn)題?？煽靠刂票ＷC了系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)存在一個(gè)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(jì)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(gè)可接受的性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化無(wú)故障情況下的性能指標(biāo)。數(shù)例說(shuō)明可靠控制器設(shè)計(jì)過(guò)程。仿真結(jié)果說(shuō)明了可靠控制器設(shè)計(jì)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(jì)問(wèn)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(wèn)題。設(shè)計(jì)方法是在保證故障狀態(tài)下有一個(gè)可接受的性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上優(yōu)化無(wú)故障時(shí)的性能指標(biāo)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中由于使用了凸集法