不确定时滞系统的鲁棒可靠控制研究

论文摘要

容错控制作为一门新兴的交叉学科,其科学意义就是要尽量保证动态系统在发生故障时仍然可以安全稳定运行。实际工程要求控制系统满足某一个或一个以上性能指标要求,因此,要使容错控制能更好地应用于实际工程系统,就必须探讨可靠控制问题。可靠控制是指兼顾性能指标的容错控制。显然,可靠控制系统更符合实际工程需要。在各类工业系统中,时滞现象普遍存在。时滞的存在不仅导致系统的不稳定性或降低系统的性能,而且给控制器的设计带来了很大的困难。另一方面,由于建模方法的局限性及实际过程自身参数摄动现象的存在,控制过程的精确模型往往难以得到,所获得的系统模型总是存在不确定性。考虑实际控制工程中系统模型的不确定性和时滞的广泛存在性,研究不确定时滞系统的鲁棒可靠控制更符合工程实际需要,具有十分必要的理论和应用价值。针对不确定时滞系统,考虑一个或一个以上性能指标约束（如保性能、响应速度以及H∞等）,本文利用Lyapunov稳定性理论（包括Lyapunov-Razumkhin稳定性理论）,采用线性矩阵不等式等有效工具,分别基于状态反馈方式、静态输出反馈方式、动态输出反馈方式等,研究了能够容忍传感器或执行器故障的鲁棒可靠控制问题,所设计的控制器使系统达到以下要求:①使系统能够容忍传感器或执行器的失效;②使系统对参数扰动和外界扰动不敏感;③使系统不仅要保证鲁棒稳定性,而且又要保证所规定的鲁棒性能,从而提高控制系统的可靠性。本文的具体研究内容包括以下几个方面:（1）针对传感器开关型故障,基于状态反馈,研究了不确定时滞系统的鲁棒可靠控制。①首先,单独考虑指数稳定指标,基于Lyapunov稳定性理论,提出了不确定时滞系统指数稳定可靠控制方法。②在上面研究的基础上,同时考虑指数稳定指标和鲁棒H∞指标,进一步提出了不确定时滞系统指数稳定H∞可靠控制方法。（2）针对执行器三种故障模型,基于状态反馈,研究了不确定时滞系统的鲁棒可靠控制。①针对执行器开关型故障,考虑鲁棒H∞指标,基于Lyapunov-Razumkhin稳定性理论,提出了时变时滞不确定系统鲁棒H∞可靠控制方法。②针对执行器增益型故障模型,同时考虑指数稳定和保性能这两项指标,基于Lyapunov稳定性理论,研究了不确定时滞系统的指数稳定保性能可靠控制问题。③针对执行器集合型故障模型,同时考虑指数稳定和保性能这两项指标,基于Lyapunov稳定性理论,研究了不确定时滞系统的指数稳定保性能可靠控制问题。④针对执行器集合型故障模型,同时考虑指数稳定和鲁棒H∞性能这两项指标,基于Lyapunov稳定性理论,讨论了不确定时滞系统的指数稳定鲁棒H∞可靠控制问题。⑤针对执行器开关型故障,同时考虑保性能和H∞这两项指标,基于Lyapunov-Razumkhin方法,研究了一类参数不确定时滞受扰系统的保成本H∞鲁棒可靠控制问题。（3）针对执行器开关型故障模型,考虑H∞指标,采用静态输出反馈方式,基于Lyapunov-Razumkhin方法,研究了一类参数不确定时滞受扰系统的鲁棒H∞可靠控制。（4）针对执行器开关型故障模型,基于动态输出反馈方式,利用变量替换方法,分别研究了一类不确定时滞系统的保性能可靠控制问题和一类受扰时滞系统的可靠H∞控制问题。①对于前一类问题,考虑保性能指标,给出了动态输出反馈保性能可靠控制器的设计方法和设计步骤。②对后一类问题,考虑H∞指标,给出了动态输出反馈H∞可靠控制器的设计方法和设计步骤。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 容错控制理论的研究现状
• 1.2.2 鲁棒容错控制的研究
• 1.2.3 容错控制研究的热点问题和发展趋势
• 1.2.4 可靠控制研究
• 1.3 论文的研究内容与结构
• 2 传感器故障不确定时滞系统基于状态反馈设计的鲁棒可靠控制
• 2.1 引言
• 2.2 符号说明及相关引理
• 2.3 传感器开关型故障不确定时滞系统的指数稳定鲁棒可靠控制
• 2.3.1 问题描述及定义
• 2.3.2 主要结果与证明
• 2.3.3 数值算例
• ∞可靠控制'>2.4 传感器开关型故障不确定时滞系统的指数稳定鲁棒H_∞可靠控制
• 2.4.1 问题描述及定义
• 2.4.2 主要结果与证明
• 2.4.3 数值算例
• 2.5 本章小结
• 3 执行器故障不确定时滞系统基于状态反馈设计的鲁棒可靠控制
• 3.1 引言
• ∞可靠控制'>3.2 执行器开关型故障不确定时变时滞系统的鲁棒H_∞可靠控制
• 3.2.1 问题描述及定义
• 3.2.2 主要结果与证明
• 3.2.3 数值算例
• 3.3 执行器增益型故障不确定时滞系统的指数稳定保代价可靠控制
• 3.3.1 问题描述及定义
• 3.3.2 主要结果与证明
• 3.3.3 数值算例
• 3.4 执行器集合型故障不确定时滞系统的指数稳定保性能可靠控制
• 3.4.1 问题描述及定义
• 3.4.2 主要结果与证明
• 3.4.3 数值算例
• ∞可靠控制'>3.5 执行器集合型故障不确定时滞系统的指数稳定鲁棒H_∞可靠控制
• 3.5.1 问题描述及定义
• 3.5.2 主要结果与证明
• 3.5.3 数值算例
• ∞可靠控制'>3.6 执行器开关型故障不确定时滞系统的保成本鲁棒H_∞可靠控制
• 3.6.1 问题描述及定义
• 3.6.2 主要结果与证明
• 3.6.3 数值算例
• 3.7 本章小结
• ∞可靠控制'>4 执行器开关型故障不确定时变时滞系统基于静态输出反馈的鲁棒H_∞可靠控制
• 4.1 引言
• 4.2 问题描述及定义
• 4.3 主要结果与证明
• 4.4 数值算例
• 4.5 本章小结
• 5 执行器故障时滞系统基于动态输出反馈的可靠控制
• 5.1 引言
• 5.2 执行器开关型故障不确定时滞系统基于动态输出反馈的保性能可靠控制
• 5.2.1 问题描述及定义
• 5.2.2 主要结果与证明
• 5.2.3 数值算例
• ∞可靠控制'>5.3 执行器开关型故障时滞系统基于动态输出反馈的H_∞可靠控制
• 5.3.1 问题描述
• 5.3.2 主要结果与证明
• 5.3.3 数值算例
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果