基于观测器的非线性系统执行器死区故障的自适应跟踪控制

研究了一类具有不对称执行器死区故障的非线性系统的跟踪控制问题。基于扩张观测器,提出了一种新的自适应跟踪控制方法。取消了系统所有状态完全可测的限制。在死区模型所有参数以及系统非线性不确定项上界均未知的情况下,所设计的自适应控制器可以很好地消除执行器死区故障的影响,保证跟踪误差有界。仿真结果表明该方法的有效性。     

一类非线性系统的执行器组合故障自适应容错控制

针对一类具有执行器组合故障的多输入单输出非线性最小相位系统提出了自适应容错跟踪控制方案。考虑系统执行器卡死和部分失效组合故障,基于微分几何反馈线性化,设计了模型参考自适应容错控制算法。设计的控制律能够保证系统在执行器故障时闭环系统稳定,而且渐近跟踪给定的参考信号。仿真结果表明了所提方法的有效性。     

具有无穷分布时延的非线性离散系统容错控制

针对具有无穷分布时延的离散型的基于T-S模糊模型的非线性系统, 通过对执行器故障特征分析,提出了新的满足故障区间概率分布的执行器故障模型。研究了执行器故障情况下的容错控制问题。根据Lyapunov 稳定性理论和线性矩阵不等式方法,给出了故障分布依赖的均方稳定的容错控制器解的存在条件。最后, 通过算例验证了本方法的有效性。     

一类不确定执行器非线性系统的自适应控制

针对一类带不确定执行器非线性的控制系统,提出了一种自适应神经网络控制方法。建立了包括死区、齿隙和“类齿隙”磁滞特征的非线性执行器模型。通过结合所建立的模型和Nussbaum增益技术,解决了当执行器非线性不确定时的控制问题。所设计的方案不需知道非线性特征参数边界,并且当非线性特征为死区时,其坡度可以为时变的。引入了自适应补偿项消除建模误差和干扰的影响。仿真结果验证了该方法的有效性。     

时变时滞不确定组合系统的可靠保性能鲁棒控制

针对一类孤立子系统中状态、控制输入及互联项均含有时变时滞的不确定组合系统,采用增益故障模型,提出了考虑执行器故障的可靠保性能控制问题。该执行器故障模型概括了执行器正常、执行器部分退化和执行器完全失效三种情况,系统的性能函数是带有故障输入项的积分二次函数。利用Lyapunov方法及线性矩阵不等式(LMI)方法,得到系统存在可靠保性能控制器的充分条件和控制器的设计方法,并给出了系统的可保性能表达式。最后,通过一个数值例子验证了所得结果的正确性。     

基于T-S模糊模型的离散不确定时滞系统的容错控制

研究了一类离散不确定时滞模糊系统的容错控制问题。针对非线性离散系统，构造T-S模型，引入参数不确定项和时滞项，使得模糊模型能够更精确逼近原系统。基于T-S模糊模型，利用Lyapunov方法，证明了所采用的模糊控制律使得闭环模糊系统对于执行器故障以及传赢器故障具有完整性和鲁樟挂。不确定项具有范数有界时，利用求解线性矩阵不等式（LMI）的方法，得出了闭环模糊系统在执行器故障以及传意器故障时具有完整性的充分条件。仿真结果说明了该方法的有效性。     

一类执行器卡死的T-S模糊自适应容错控制

针对一类执行器发生故障的非线性系统,提出了基于T-S模糊模型和模型参考自适应控制的容错控制设计方案。该方案特点是:在利用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型对非线性系统进行建模时,假设局部线性模型的参数未知,利用自适应控制算法,在线调整控制器参数,实现系统对参考模型的状态跟踪。在系统发生故障时,系统能够重构控制律以抵消故障对系统的影响,维持系统的稳定性以及期望的跟踪目标。利用李亚普诺夫理论分析了系统的稳定性,给出了能够实现状态跟踪的匹配条件以及控制器参数更新律。利用某飞机模型进行了仿真,证明本文方法的有效性。     

一类不确定线性系统容错保成本控制器设计

考虑了具有参数不确定性的线性定常系统,研究了带有执行器故障和不确定性扰动的保成本容错控制问题。在考虑更一般、更实际的执行器故障模型的基础上,给出了系统鲁棒稳定及容错保成本控制器存在的充分条件。通过求解代数Ricatti方程完成动态反馈控制器的设计。仿真实例验证了所得结果的可行性。比较不考虑故障的控制器与考虑故障的容错控制器的控制效果,进一步说明了对系统进行容错控制的必要性。     

Delta算子系统的鲁棒D稳定可靠控制

研究具有执行器故障的Delta算子线性不确定系统鲁棒D-稳定可靠控制问题,即设计控制器,消除系统不确定性和执行器故障的影响,确保闭环系统极点落在复平面指定圆盘区域内。考虑执行器故障为连续故障模型的情形,利用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)方法,给出Delta算子系统状态反馈鲁棒D-稳定可靠控制器存在的充分条件,并由此提出相应控制器设计方法。利用所得结论,给出Delta算子系统状态反馈鲁棒稳定可靠控制器存在的充分条件。数值算例表明设计方法的可行性和有效性。     

具有混合执行器故障的多智能体分布式有限时间自适应协同容错控制

针对多智能体编队系统执行器发生故障时,所引起的参数不确定以及系统瞬态不稳定问题,本文采用径向基函数神经网络(radial basis function neural networks, RBFNNs)对不确定参数(未知函数)进行估计。同时,基于反推技术设计出合理的自适应容错控制器,并通过有限时间理论保证系统实现瞬态稳定。首先,本文采用10个智能体作为被控对象,基于有向通讯拓扑结构理论,构建了非线性多智能体系统模型。其次,基于RBFNNs逼近特性,采用反推技术与动态面技术相结合,设计出合理的容错控制器,补偿多智能体中出现的未知非线性执行器故障,并采用有限时间理论解决系统瞬态不稳定问题。接着,基于Lyapunov稳定性理论分析了控制器的稳定性和快速收敛性。最后,通过两种算例对比,验证了所设计的控制器性能优于传统的反推技术,为工程实践提供了一种有效的研究思路。     

基于观测器的四旋翼容错控制及仿真研究

针对四旋翼飞行器执行器故障的问题,提出7一种基于自适应观测器的积分反演滑模容错控制策略,以保证飞行器的安全性和可靠性.建立考虑执行器故障的四旋翼飞行器动力学模型;设计一种自适应故障估计观测器用来观测系统的状态和估计故障信息;采用积分反演和滑模控制相结合的方法分别设计姿态容错控制器和位置控制器,完成姿态和位置的轨迹跟踪....     

四旋翼飞行器时延积分反演容错控制

针对四旋翼飞行器在飞行过程中会出现执行机构故障,提出了一种简单有效的容错控制方法,该方法是将积分反演控制技术与时延控制(time delay control,TDC)技术相结合得到的。采用积分反演控制方法设计基本控制器,在此基础上利用TDC技术的逼近能力来补偿执行机构可能出现的故障,该方法省去了在线的故障检测和估计,仅需要一步状态迭代即可,仿真结果表明该控制器对执行机构故障具有较强的鲁棒性。     

Adaptive Robust Dead-Zone Compensation Control of Electro-Hydraulic Servo Systems with Load Disturbance Rejection

A backstepping method based adaptive robust dead-zone compensation controller is proposed for the electro-hydraulic servo systems(EHSSs) with unknown dead-zone and uncertain system parameters.Variable load is seen as a sum of a constant and a variable part.The constant part is regarded as a parameter of the system to be estimated real time.The variable part together with the friction are seen as disturbance so that a robust term in the controller can be adopted to reject them.Compared with the traditional dead-zone compensation method,a dead-zone compensator is incorporated in the EHSS without constructing a dead-zone inverse.Combining backstepping method,an adaptive robust controller(ARC) with dead-zone compensation is formed.An easy-to-use ARC tuning method is also proposed after a further analysis of the ARC structure.Simulations show that the proposed method has a splendid tracking performance,all the uncertain parameters can be estimated,and the disturbance has been rejected while the dead-zone term is well estimated and compensated.     

考虑输入输出受限的无人机自适应滑模容错控制

针对存在执行器故障、控制输入饱和与状态约束的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)姿态控制系统,提出一种新的基于反步法的具有有限时间收敛的自适应滑模姿态容错控制方法。首先,为了抑制执行器故障以及外部干扰的影响,采用自适应和干扰观测器技术,实现对干扰的双重抑制。然后,设计动态辅助系统与障碍Lyapunov函数,证明在输入饱和与状态约束的条件下,闭环姿态控制系统可以在有限时间内稳定,且系统中所有信号最终是有界的。最后,对于小型无人系统的姿态跟踪问题进行性能仿真与对比仿真研究。仿真结果表明,所提出的容错控制方法能够保证在执行机构发生故障时控制系统的有效性,并且该方法具有良好的性能。     

考虑输入输出受限的无人机自适应滑模容错控制

针对存在执行器故障、控制输入饱和与状态约束的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)姿态控制系统,提出一种新的基于反步法的具有有限时间收敛的自适应滑模姿态容错控制方法。首先,为了抑制执行器故障以及外部干扰的影响,采用自适应和干扰观测器技术,实现对干扰的双重抑制。然后,设计动态辅助系统与障碍Lyapunov函数,证明在输入饱和与状态约束的条件下,闭环姿态控制系统可以在有限时间内稳定,且系统中所有信号最终是有界的。最后,对于小型无人系统的姿态跟踪问题进行性能仿真与对比仿真研究。仿真结果表明,所提出的容错控制方法能够保证在执行机构发生故障时控制系统的有效性,并且该方法具有良好的性能。     

Control of static unstable airframes

The challenge and control problems of static unstable missiles are presented. The steady-state benefits of static instability are illustrated, while the corresponding control challenge is described both by the characteristic lag of airframe and the increment of necessary control usage. Control limitation led by unstable zero-pole pair is analyzed for preliminary design and evaluation. Linear control strategy is examined wherein two and three loop acceleration autopilots with different control usages are developed using an optimal control approach combined with frequency domain constraint. The weights selection and relation with system performance are detailed. Then the nonlinear backstepping recursive method is detailed to determine how well it is able to follow command and its engineering feasibility. The results show that a static unstable missile is controllable, while the actuator bandwidth is the crucial limited factor. There should be a compromise between overall performance and actuator payment.     

Adaptive failure compensation for uncertain systems with multiple inputs

The aim of this paper is to develop controllers for uncertain systems in the presence of stuck type actuator failures. A new scheme is proposed to design output feedback controllers for a class of uncertain systems having redundant control inputs, with which the relative degrees of transfer functions are different. To deal with these inputs using backstepping technique, a pre-filter is introduced before each actuator such that its output is the input to the actuator. The orders of the pre-filters are chosen properly to ensure all their inputs can be designed at the same step in the systematic design. To compensate for the effects of possible failed actuators, more uncertain parameters than system parameters are required to be identified. With the proposed scheme, the global boundedness of the closed-loop system can still be ensured and the system output can be regulated to a specific value when some of the actuators' outputs are stuck at unknown fixed values.     

基于T-S模糊模型的网络控制系统鲁棒H∝容错控制

针对同时存在网络时延和数据包丢失的网络环境,研究了执行器故障下一类非线性网络控制系统的鲁棒H_∞容错控制问题。基于不确定T-S模糊模型描述的非线性网络控制系统模型,考虑了更实际、更常见的执行器部分失效情况。通过引入一个积分不等式,获得了此类系统的时滞相关鲁棒稳定性条件,且采用锥补线性化算法给出了此类系统的鲁棒H_∞容错控制器设计方法。仿真算例表明,对于任意容许的不确定性以及执行器故障,所设计的控制器能使系统鲁棒渐近稳定,且具有H_∞范数界。