一类随机时延网络化控制系统的容错控制研究

将一类具有随机时延的网络化控制系统建模为具有马尔可夫延迟特性的离散跳变线性系统．借助跳变线性系统理论和容错控制的思想，研究了随机时延网络化控制系统的执行器失效问题．仿真结果验证了所提方法的有效性．     

基于输出反馈网络化控制系统鲁棒容错控制

研究了一类具有时延不确定性的网络化控制系统的鲁棒容错控制问题.针对以往控制器大多采用状态反馈的形式,而对功能和结构复杂的网络化控制系统全部状态往往难于测取,因而状态反馈形式的控制器在应用中会受到限制,完整性问题的结果也主要基于0-1故障模型.采用动态输出反馈控制策略,针对网络化控制系统的时延和不同步对系统产生的影响,基...     

造纸机网前箱控制系统的故障诊断和容错控制

传感器或执行机构的换效会造成控制系统的严重恶化，本文针对造纸工业过程网前箱控制系统传感器失效问题，提出了一种基于模型和故障诊断和容错控制方法，该方法利用状态观测器阵殓实现了对任一传感器故障的及时诊断和隔离，并重新构造状态估器和控制器，从而保证闭环系统在故障发生后仍能稳定且有很好的控制性能，仿真结果证实了此种方法的有效性。     

带有通讯约束的网络化控制系统容错控制技术研究

文中研究了针对具有通讯约束的网络化控制系统存在执行器增益故障的容错控制问题. 提出一种静态调度策略, 利用周期通讯序列的方法调度网络资源及网络可用通道. 该研究的创新处在于首先将具有周期通讯序列及执行器故障的网络化控制系统建模为一个周期的切换系统, 并提出了基于调度依赖的利亚普诺夫函数方法对系统容错控制器进行设计. 由于调度策略使得在每个采样时刻存在数据丢失, 文中分别利用0值和上一时刻采样值替代所丢失的数据. 更进一步的, 当考虑控制对象存在外界能量有界干扰时, 分别就上述两种情况讨论了其鲁棒容错控制器的设计问题. 最后, 通过仿真实例证明了所提方法的有效性.     

一类随机时延网络控制系统的鲁棒容错控制

针对一类随机时延网络控制系统,引入网络节点有效阀值的思想,并基于T—S模糊模型的概念,建立了具有随机时延和通信约束的网络控制系统模型,提出了一种网络控制系统鲁棒容错控制策略。基于线性矩阵不等式可行解,给出了控制器的参数化表达式。仿真结果,验证了所提方法的有效性。     

非线性奇异系统的故障诊断与容错控制

本文针对一类非线性奇异系统进行了故障诊断与容错控制研究。首先通过设计观测器来观测系统的状态和故障,然后通过矩阵运算来消除故障,实现系统的容错控制。     

网络化控制系统故障诊断算法研究

对于网络诱发延迟大于一个采样周期的网络化控制系统,提出了一种故障诊断算法,根据延迟落入的不同概率区间选取对应的控制器,仿真结果验证了算法的有效性。     

基于T-S模糊模型的非线性网络化控制系统H∞鲁棒容错控制

针对一类具有参数不确定的非线性网络化控制系统,同时考虑网络延时和丢包的影响,基于T-S模糊模型建模,通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出了确保非线性网络化控制系统在执行器或传感器发生失效故障时具有H_∞鲁棒完整性的时滞依赖充分条件,并以求解线性或非线性矩阵不等式的方式给出了控制器的设计方法.最后,仿真算例验证了所提方法的可行性和有效性.     

网络化控制系统的预测控制方法设计

网络化控制系统(NCSs)是一种通过实时化网络进行数据传输的控制系统.控制系统中的传感器、控制器、执行器等往往通过网络连接起来形成闭环控制系统.然而实际系统中由于带宽限制等客观因素,存在有因网络诱导延迟而引起的系统性能下降问题.考虑了前向通道,反馈通道中同时存在网络诱导时延情况下的网络预测控制(NPC)设计问题,提出了一种新的网络预测控制方法,用以克服网络诱导时延对系统性能带来的影响.     

基于观测器的网络控制系统的故障检测

研究了具有输出传输长时延的网络控制系统基于观测器的故障检测,在总结其设计方法的基础上利用预测状态作为控制器的输入,设计了具有延迟补偿功能的状态观测器,通过求取观测器增益矩阵来使得状态重构能跟上实际状态的响应性能。产生的残差信号对干扰信号和不确定项具有较强的鲁棒性,同时对故障信号具有较高的灵敏度。最后给出了网络控制系统基于观测器的故障检测的设计步骤。     

带有稀疏执行器故障的事件触发网络化系统容错控制

针对一类具有事件触发信息传输机制的网络化控制系统,对系统故障执行器个数进行稀疏约束,研究系统在有限个执行器失效情况下的指数稳定及控制器设计问题。将系统故障执行器个数的约束转化为对控制器增益矩阵行的势约束,利用混合整数方法来解决这类稀疏约束的容错控制问题。在此基础上,利用Lyapunov泛函方法,得出闭环系统在有限个执行器失效情况下系统呈指数稳定的充分条件以及具有行稀疏约束的控制器设计方法。最后,通过一个飞行控制系统的数值仿真实例验证所提控制方法的可行性和有效性。     

含大时滞和噪声的网络化控制系统的最优故障诊断

研究含大测量时滞和噪声的网络控制系统(Networked control systems, NCS)的故障诊断问题, 提出一种新的基于无时滞转换方法的最优故障诊断器的设计方法. 该方法首先构造一个隐含故障状态的增广系统, 并利用无时滞转换方法将含有测量时滞的网络控制系统转换为无时滞系统. 然后给出了故障的可诊断性判据, 并利用对偶原理将最优故障诊断器的设计问题转换为状态反馈控制器设计问题. 最后, 通过构造一种满足二次型性能指标的最优故障诊断器, 实现了故障的实时诊断. 仿真示例验证了该方法的可行性和有效性.     

基于降维观测器的网络控制系统的容错控制

针对被控对象是线性定常系统的网络控制系统,设传感器与控制器均为时间驱动,未能成功传输数据的传感器节点视为暂时失效,将网络控制系统建模为一类具有时变传感器"故障"的系统。此类系统相当于一个有限子系统的切换系统。借助容错控制和切换系统理论,利用Luenberger降维观测器估计系统状态,采用李亚普诺夫理论和线性矩阵不等式描述方法,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件和控制器的设计方法。通过Matlab数值仿真算例,证明了分析方法和结果的有效性。     

存在部分解耦扰动的网络化系统容错控制

针对一类存在执行器故障和部分解耦扰动的离散时间网络化控制系统,研究测量数据随机丢失情况下的主动容错控制问题。首先,通过模型转换将原系统化为一个与之等价的状态增广系统;然后在考虑测量数据发生随机丢失情况下,构造未知输入观测器(unknown input observer, UIO)实现对系统状态与故障的联合估计,再基于状态和故障的在线估计值,设计基于信号补偿的容错控制律实现对原系统的主动容错控制。在该容错控制算法中,观测器与控制器增益的存在性条件均可利用李雅普诺夫稳定性理论对误差系统进行随机分析得到,相应的估计器和控制器参数可通过在线求解具有凸约束的矩阵不等式获得。最后,通过一个喷气式发动机模型的仿真算例验证所提出的故障估计与主动容错控制方法的有效性。     

不确定短时延网络控制系统的故障检测

针对远程被控对象为线性模型,且网络诱导时延小于一个采样周期的一类网络控制系统(NCS),假设可能发生执行器故障,对系统进行故障检测。将随机时延对系统的影响转化为未知有界条件下的不确定项,建立了系统的离散数学模型。按照时延补偿策略设计了系统的故障观测器,并基于Lyapunov稳定性定理和线性矩阵不等式理论,推导出了整个观测器系统全局渐近稳定的充分条件。仿真例子验证了方法的有效性。     

离散多步时滞系统的容错控制研究

针对离散多步时滞系统,基于Lyapunov稳定性理论,采用具有状态反馈及时滞状态反馈的控制律,推出了当执行器或传感器发生失效故障时闭环系统仍能保持渐近稳定需满足的充分条件;并利用LMI给出了不依赖时滞的线性离散多步时滞系统的容错控制器的通用求解方法;讨论了该方法对具有不同时滞步数离散多步时滞系统容错的普适性。以执行器失效故障为例,仿真结果证明了该方法的有效性。     

网络控制系统研究综述与展望

介绍了网络控制系统(networked control system,NCS)中存在的基本问题.从网络体系架构、线性及非线性NCS建模与设计、控制与调度协同设计、故障检测与容错控制等5个方面综述了网络控制系统的研究成果和最新进展.最后阐述了该领域亟待解决的关键问题和进一步的研究方向.