分置式浮桥动力分配系统的容错控制研究

论文摘要

对于复杂系统的运行,除了要考虑完成所需功能,可靠性也是很重要的一方面。由于本论文所涉及的分置式浮桥要保证我军渡河工程安全顺利的进行,其容错性能和可靠性就显得尤为重要。该论文针对分置式浮桥控制系统开展了容错控制研究。在对现有各种容错控制方法进行综述的基础上,采用线性矩阵不等式方法（LMI）进行鲁棒容错控制方法研究,得到的结果适用于基于鲁棒容错控制的分置式浮桥。主要的研究内容包括:研究了线性不确定系统基于线性矩阵不等式方法的鲁棒容错控制系统设计方法,给出了鲁棒容错控制器存在的充分条件,并给出了控制器的综合性设计方法。该方法避免了参数空间设计方法和基于Riccati的设计方法中对某些参数的试凑,从而降低了设计中的保守性。由于该方法给出了满足设计要求的控制器的可行解域,可在此基础上考虑系统的其它性能指标,从而实现多指标控制。基于线性矩阵不等式,研究了不确定系统的鲁棒容错控制问题。通过引入H∞性能指标,考虑了系统的被控输出对外干扰信号的抑制能力。利用LMI方法,分析了H∞指标的取值范围,鲁棒H∞容错控制器存在的充分条件,并给出了控制器的构造性设计方法。利用多刚体动力学理论,建立了分置式浮桥的动力学模型。首先介绍建立系统模型的预备知识,牛顿-欧拉方法及其在建模中的应用。再次具体分析了建立分置式浮桥模型时所需要的坐标及其浮桥的构造组成。最后分析了浮桥各个桥垮结构之间的受力和动力舟与桥节之间的约束力。在此基础上建立了浮桥的运动学模型和姿态动力学模型,并针对模型的物理背景和控制系统设计方法的要求对模型进行简化处理。将上述理论应用于分置式浮桥控制系统的鲁棒容错控制器设计中,首先把简化后的模型转化为状态空间方程,并且对该模型不加外界控制并存在外界风扰动、水流扰动情况下的开环系统模型进行数学仿真。其次针对分置式浮桥执行机构故障,设计了鲁棒容错控制器,并进行了数学仿真研究。仿真结果表明:在有无执行机构故障的情况下,所设计的分置式浮桥鲁棒容错控制系统都能够正常工作,并且性能指标满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、目的和意义
• 1.2 容错控制的国内外的研究现状
• 1.3 容错控制的基本概念介绍
• 1.4 容错控制方法
• 1.4.1 被动容错控制
• 1.4.2 主动容错控制
• 1.4.3 鲁棒容错控制
• 1.5 浮桥动力分配系统容错控制研究
• 1.6 论文的主要研究工作
• ∞容错控制理论介绍'>第2章 H_∞容错控制理论介绍
• ∞控制理论概述'>2.1 H_∞控制理论概述
• ∞问题的提出'>2.1.1 H_∞问题的提出
• ∞控制理论的发展概述'>2.1.2 H_∞控制理论的发展概述
• ∞标准问题'>2.1.3 H_∞标准问题
• ∞次优控制问题的解'>2.1.4 H_∞次优控制问题的解
• 2.1.5 有界实引理
• 2.2 线性矩阵不等式
• 2.2.1 线性矩阵不等式发展的进程
• 2.2.2 线性矩阵不等式的一般表示
• 2.2.3 一些常用的公式引理
• 2.2.4 一些标准的线性矩阵不等式
• 2.3 LMI工具箱介绍
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于LMI方法的鲁棒容错控制器设计
• 3.1 基于LMI的线性连续系统的容错控制
• 3.1.1 问题的描述
• 3.1.2 主要结果
• 3.1.3 设计示例
• 3.2 基于LMI的不确定系统鲁棒容错控制
• 3.2.1 问题的提出
• 3.2.2 主要结果
• 3.2.3 设计示例
• ∞容错控制'>3.3 基于LMI方法的不确定系统鲁棒H_∞容错控制
• 3.3.1 问题描述
• ∞容错控制'>3.3.2 不确定系统的鲁棒H_∞容错控制
• 3.3.3 设计示例
• 3.4 本章小结
• 第4章 分置式浮桥动力学模型的建立
• 4.1 引言
• 4.2 所选坐标系的定义及其坐标之间转换
• 4.2.1 坐标系定义
• 4.2.2 坐标系之间的转换
• 4.3 牛顿—欧拉动力学基础知识
• 4.4 浮桥动力学分析
• 4.4.1 舟桥组成及定义
• 4.4.2 桥垮变形分析
• 4.5 分置式浮桥动力学模型
• 4.6 本章小结
• 第5章 分置式浮桥的鲁棒容错控制
• 5.1 分置式浮桥姿态控制系统的组成
• 5.2 分置式浮桥控制系统鲁棒容错控制器设计
• 5.3 仿真研究
• 5.3.1 仿真时的参数和扰动力
• 5.3.2 浮桥模型仿真
• 5.3.3 动力舟控制下浮桥的运动仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢