论文摘要
切换系统是一类特殊且非常重要的混杂系统,它在电力系统、化工过程以及航天航空等工业领域有着广泛的应用背景。众所周知在这些实际工业系统是存在不确定性的和系统元件发生故障也是不可避免的。在这些工业控制过程中,如果在设计控制器时忽略了不确定性或者系统内部元件发生故障的情况,将会导致系统控制精度达不到实际要求甚至会导致系统运行不稳定, 从而影响系统稳定性、可靠性、安全性以及可行性。因此,研究在工业过程中具有广泛应用背景的切换系统的鲁棒容错控制问题有其重要的实际意义。然而由于切换系统本身同时存在连续状态和离散事件的混杂性以及其系统的不确定性和发生故障的不可预测性使得切换系统的鲁棒容错控制问题的研究难度很大,研究结果相当有限。本文针对执行器发生故障的不确定切换系统的鲁棒容错控制问题开展了一系列研究。主要工作包括：首先,本文对切换系统、鲁棒控制以及容错控制进行了简要的综述。具体包括：切换系统的概念,切换系统的工程背景以及研究方法和最新进展；鲁棒控制概念、研究方法及现状；容错控制与可靠控制的区别和联系、容错控制的概念方法以及文献中的最新成果。其次,本文针对一类不确定线性切换系统利用多李雅普诺夫函数方法分别研究了鲁棒容错保成本控制和鲁棒容错比控制问题。首先针对此类切换系统定义了其容错保成本控制,并利用多李雅普诺夫函数方法给出了此类切换系统鲁棒容错保成本控制的充分条件。其次利用相同的方法研究了此类系统的鲁棒容错H∞控制问题。最后将连续控制器不能解决的一类线性系统的鲁棒容错H∞控制问题作为特例设计了混杂鲁棒容错H∞控制器。再次,本文针对一类不确定线性切换时滞系统利用平均驻留时间方法研究了鲁棒容错控制问题。首先利用平均驻留时间指数镇定此类系统并显式给出了状态的范数估计上界, 然后将该结果应用到文献中河流污染控制模型上,在其执行器失效的情形下设计了鲁棒容错控制器来实现河流污染问题中单位体积需氧量浓度和溶解氧浓度达到其稳态值。然后,本文针对一类不确定非线性级联切换系统利用共同李雅普诺夫函数技术构造状态反馈控制器来实现该系统在任意切换切换策略下的镇定问题。并将该结果应用到F-18飞行器动态模型的纬度控制系统上,在其执行器失效的情形下设计了鲁棒容错控制器来实现攻角和俯仰角速率达到某个期望值。本文接着利用平均驻留时间方法仍对此类不确定非线性级联切换系统实现了其鲁棒容错控制。如果在切换过程中平均驻留时间大于某个正常数,该方法可以指数镇定此类切换系统而且不依赖于切换策略。最后显式给出了系统状态的范数估计。仿真例子验证了该方法的有效性。然后,本文考虑一类执行器部分失效且非线性子系统中含有满足线性增长条件的不确定性的非线性级联切换系统。针对此类切换系统分别利用共同李雅普诺夫函数和平均驻留时间方法设计了鲁棒容错控制器。首先给出了部分失效故障模型,其次利用共同李雅普诺夫函数方法设计了鲁棒容错控制器并将其应用到具有虚拟环境的触摸屏系统的模型中实现了其容错控制,最后利用平均驻留时间法实现执行器部分失效的鲁棒容错控制问题。最后,对全文所做的工作进行了总结,并指出了下一步研究的方向。
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标签：切换系统论文; 容错控制论文; 鲁棒控制论文; 切换时滞系统论文; 非线性级联系统论文; 稳定性执行器失效论文; 保成本控制论文; 控制论文; 切换规则论文; 多李雅普诺夫函数论文; 共同李雅普诺夫函数论文; 平均驻留时间论文;