基于鲁棒正不变集的传感器故障区间估计

针对具有传感器故障和未知扰动与测量噪声的线性离散系统, 提出了一种传感器故障区间估计方法. 将传感器故障视为增广状态, 原始系统转化为一个等效的广义系统. 为了得到故障的点估计同时抑制扰动和噪声的影响, 基于有界实引理设计了一个针对广义系统的鲁棒状态观测器. 然后, 通过中心对称多胞体技术实现对故障的区间估计并基于鲁棒正不变集给出了一种降低区间估计计算量的方法. 最后, 通过一个垂直起降(Vertical take-off and landing, VTOL)飞行器线性化模型的仿真算例验证了所提出方法的有效性与优越性.     

基于鲁棒一步集的Tube不变集鲁棒模型预测控制

针对一类干扰有界的输入和状态受约束线性离散系统,提出了一种基于鲁棒一步集的Tube不 变集鲁棒模型预测控制方法.首先采用多面体不变集离线设计方法得到基于多面体不变集序列的扩 展终端约束集;然后为了扩大鲁棒模型预测控制的初始状态允许区域,并提高系统的鲁棒性,在扩展终端约束集的基础上,通过引入鲁棒一步集并借助Tube不变集控制策略,设计了基于鲁棒一步集的鲁棒模型预测控制方法,并给出了算法的存在性和稳定性证明. 该方法不仅极大地扩大了初始状态允许区域,而且对有界干扰具有有效的抑制作用,使得受扰系统收敛到以原点为中心的最小鲁棒正不变集内.最后仿真验证了算法的有效性.     

采用鲁棒容许集对有约束的不确定系统作鲁棒模型预测控制

针对输入和状态受约束的干扰有界多胞不确定线性系统,提出了基于鲁棒容许集的扩大吸引域鲁棒模型预测控制(RMPC)方法.首先给出了多面体不变集的鲁棒容许集计算方法,并推导了鲁棒容许集存在的充分必要条件.其次,为了拓展Tube不变集鲁棒模型预测控制算法的适用范围,讨论了干扰有界多胞不确定线性系统的Tube不变集控制策略.之后为了扩大约束系统吸引域,提出了干扰有界多胞不确定系统的鲁棒容许集模型预测控制策略.通过采用鲁棒容许集和Tube不变集RMPC,该方法不仅扩大了吸引域,而且降低了在线计算量;同时,采用基于最小鲁棒正不变集的Tube不变集策略保证了算法的鲁棒性.最后仿真结果验证了算法的有效性.     

一类离散不确定系统的Tube不变集离线鲁棒模型预测控制

针对一类输入和状态受限的离散线性不确定系统,提出了一种基于Tube不变集的离线鲁棒模型预测控制方法.首先针对输入和状态约束线性时不变标准系统,设计了改进的基于多面体不变集的离线模型预测控制算法,并证明了稳定性.其次对于存在未知有界干扰的实际不确定系统,引入了Tube不变集策略,通过设计对应标准模型的最优控制序列和状态轨迹,给出了实际不确定系统的离线Tube不变集控制策略,保证系统状态鲁棒渐近稳定,并收敛于终端干扰不变集.仿真结果验证了该控制方法的有效性.     

具有自适应噪声边界的Tube可达集鲁棒预测控制

针对过程噪声设定边界与真实噪声边界失配的有界干扰离散线性不确定系统,提出一种具有自适应噪声边界的Tube可达集鲁棒模型预测控制方法.首先,该算法引入基于MIT规则的自适应集员滤波在线估计系统状态和噪声边界.其次,基于估计值,通过迭代自适应集员滤波的时间更新部分计算出预测时域内闭环不确定系统状态的可达集.最后,用可达集代替不变集并根据Tube鲁棒模型预测控制策略,给出了实际不确定系统的控制律,确保系统状态鲁棒渐近稳定,并收敛于终端干扰不变集.仿真结果验证了该控制方法的有效性.     

基于多面体不变集的变终端约束集RMPC

针对一类状态和输入受约束的多胞不确定线性时变系统,提出了一种基于多面体不变集的变终端约束集鲁棒模型预测控制算法.首先采用基于状态反馈增益的多面体不变集计算方法,给出了一种新的控制不变集序列构造方法,然后以控制不变集序列的并集作为终端约束集,结合在线优化和增益切换,实施变终端约束集双模鲁棒预测控制.该算法不仅有效地扩大了...     

基于LMI的一体化鲁棒主动容错控制器设计

针对一类发生执行器故障的非线性系统,提出基于线性矩阵不等式(LMI)的一体化鲁棒主动容错控制器设计方法.首先,设计含自适应律的鲁棒滑模观测器,并将观测器设计方法转化为LMI约束下的凸优化问题,进而实现执行器故障的鲁棒重构;然后,提出基于状态及故障估计的一体化主动容错控制器,同时通过LMI给出控制器增益解算方法;最后,通过数值算例验证容错控制器设计方法的有效性.     

约束分段仿射系统的鲁棒最小时间控制

针对一类有界附加扰动的分段仿射系统,提出了一种离线低复杂性的鲁棒预测控制方法-鲁棒最小时间控制.首先计算系统的最大鲁棒正不变集和相关的局部稳定控制律,然后基于最大鲁棒正不变集通过多参数规划离线迭代计算系统的鲁棒一步集,得到的最小时间控制器覆盖最大鲁棒可稳定集.提出的鲁棒最小时间控制确保系统状态在最小时间内进入鲁棒正不变...     

基于LMI的鲁棒容错控制及其在卫星姿态控制中的应用

研究了一种线性不确定系统的鲁棒容错控制问题.针对执行机构和敏感器故障,运用线性矩阵不等式(LMI)方法,提出一种对执行机构和传感器失效具有完整性,且满足给定控制指标的输出反馈H∞鲁棒容错控制设计方法.将该方法应用于卫星姿态控制系统的容错控制并进行了数学仿真,仿真结果验证了方法的有效性.     

约束分段仿射系统的鲁棒一步预测控制

针对一类具有附加有界扰动的离散时间约束分段仿射系统,提出了一种鲁棒低复杂性的模型预测控制方法,即鲁棒一步控制.首先,基于最大鲁棒正不变集,计算系统的最大鲁棒可稳定集并作为第一步预测状态的约束集,使得产生的滚动时域控制器可以在较小的预测时域内控制最大鲁棒可稳定集.然后,在最大鲁棒正不变集外,通过构建线性矩阵不等式来分析其鲁棒稳定性.两个步骤分别确保控制器的可行性和闭环系统的鲁棒稳定性.大量的数值例子表明,和已有的控制方法相比,所得的鲁棒一步控制器具有更低的复杂性.     

Fault estimation and controller compensation in Lure systems by LPV-embedding

Previous works have considered the use of set invariance theory for fault detection and isolation in nonlinear Lure systems. This paper extends those results and proposes a new actuator fault-tolerant control approach. The fault-tolerant control scheme is designed based on linear parameter-varying (LPV) models of Lure systems. The actuator fault situation is diagnosed by an invariant set-based fault detection and isolation algorithm. Faults are compensated by adapting the controller gain based on estimates of the fault magnitude. Conditions for correct fault detection and isolation, and closed-loop stability are derived. The proposed fault-tolerant control scheme is compared with a linearised model approach and the performance of both, LPV-embedding and linearised, approaches are analysed for scalar and second-order systems. An example of a chaotic Chua circuit is also provided to illustrate the proposed fault-tolerant control scheme in higher-order systems.     

Reliable H∞ control of discrete-time systems against random intermittent faults

A passive fault-tolerant control strategy is proposed for systems subject to a novel kind of intermittent fault, which is described by a Bernoulli distributed random variable. Three cases of fault location are considered, namely, sensor fault, actuator fault, and both sensor and actuator faults. The dynamic feedback controllers are designed not only to stabilise the fault-free system, but also to guarantee an acceptable performance of the faulty system. The robust H_∞ performance index is used to evaluate the effectiveness of the proposed control scheme. In terms of linear matrix inequality, the sufficient conditions of the existence of controllers are given. An illustrative example indicates the effectiveness of the proposed fault-tolerant control method.     

推力矢量飞机鲁棒故障检测与辨识和指令滤波容错控制系统设计

针对推力矢量飞机(TVA)在超机动飞行中的舵面故障、执行器故障、参数摄动和外界干扰等问题,提出了一种鲁棒故障检测与辨识和指令滤波容错控制(RFDI–CFFTC)系统设计方法.首先针对TVA故障模型提出了一种基于多观测器的RFDI机制,通过引入自适应律和观测器来补偿参数摄动和外界干扰的影响,实现对舵面故障和执行器故障的准确检测与辨识,同时准确估计故障程度;然后在RFDI的基础上,设计了CFFTC容错控制律,实现包容舵面故障、执行器故障、参数摄动和外界干扰的TVA容错控制,同时改善了传统反步法中的“微分爆炸”问题;最后对RFDI–CFFTC系统的稳定性进行了证明.MATLAB/Simulink仿真验证了本文方法的有效性.     

马尔可夫跳变系统基于观测器的有限时间容错控制

针对具有一般不确定转移速率的单边Lipschitz Markovian跳变系统,设计了有限时间故障估计观测器和容错控制器.首先,提出一种自适应的有限时间故障估计观测器,它对未知输入具有鲁棒性,能够同时估计出系统的状态、执行器故障和传感器故障,并确保了误差系统的H_∞有限时间有界.然后,基于所估计的状态和执行器故障,提出一种有限时间故障容错控制方法确保闭环系统H_∞有限时间有界.通过线性矩阵不等式的形式,给出了所设计的有限时间观测器和控制器存在的充分条件.最后,通过一个仿真实例,验证了所提方法的有效性.     

Fault‐tolerant fusion‐based MPC with sensor recovery for constrained LPV systems

In this paper, we present a robust fault‐tolerant control scheme for constrained multisensor linear parameter‐varying systems, subject to bounded disturbances, that utilises multiple sensor fusion. The closed‐loop scheme consists of a tube model predictive control‐based feedback tracking controller and sensor‐estimate fusion strategy, which allows for the reintegration of previously faulty sensors. The active fault‐tolerant fusion‐based mechanism tracks the healthy‐faulty transitions of suitable residual variables by means of set separation and precomputed transition times. The sensor‐estimate pairings are then reconfigured based on available healthy sensors. Under the proposed scheme, robust preservation of closed‐loop system boundedness is guaranteed for a wide range of sensor fault situations. An example is presented to illustrate the performance of the fault‐tolerant control strategy.     

一类干扰有界约束非线性系统的鲁棒模型预测控制

针对一类干扰有界约束非线性系统设计了基于控制不变集切换策略的鲁棒模型预测控制算法.针对非线性系统线性化之后的结果,给出了平衡点的非线性标称系统控制不变集的计算方法.然后在考虑线性化误差和加性有界干扰影响的基础上,构造了平衡点附近最小鲁棒正不变集.结合不变集切换策略和Tube不变集控制方法,提出了干扰有界约束非线性系统的不变集切换策略.最后将该算法应用到一类典型的非线性化工过程连续搅拌反应釜(CSTR)中,仿真结果验证了算法的有效性.     

基于风速估计的风力机状态反馈滑模容错控制

针对风力机变桨距执行机构突变故障,提出了基于风速估计的自适应状态反馈滑模容错控制策略.首先,设计了基于自适应状态反馈滑模理论的鲁棒主动容错控制器,并结合全阶补偿器对控制律进行设计;然后,利用基于变速灰狼优化算法的组合径向基函数神经网络实现风速估计,可以改善风速测量精度并提高控制系统可靠性;最后,根据线性矩阵不等式和Lyapunov理论对控制器稳定性进行讨论,并与现有控制策略进行比较.仿真结果表明,在健康/故障的变桨距执行机构条件下,所提容错控制方法均能获得较好的控制效果.     

基于最小衰减率多面体不变集的鲁棒模型预测控制

针对一类具有输入输出约束的多胞体结构线性变参数系统,提出了一种基于最小衰减率多面体不变集的鲁棒模型预测控制算法,算法分为在线和离线两个部分.为增强系统控制效果,提高系统响应速度,离线算法首先采用寻求状态变量的最小衰减率的方法优化出一系列状态变量及相应的状态反馈控制律,然后构建出相应的多面体不变集序列;在线算法根据当前实测状态变量,在多面体不变集序列内确定状态变量所处的最小多面体不变集,通过在线优化得出系统的控制输入.给出了鲁棒模型预测控制算法的详细步骤和系统的闭环稳定性证明.仿真结果验证了本算法的有效性,表明本算法使系统的闭环响应更为快速和稳定.     

执行器故障多率采样间歇过程的鲁棒 耗散迭代学习容错控制

针对一类具有干扰和执行器故障的多率采样间歇过程,提出一种具有鲁棒耗散性能的迭代学习容错控制算法.通过提升技术将多采样率过程用慢速率采样的状态空间模型来描述,并基于二维系统理论,把迭代学习控制过程转化为等价2D Roesser故障系统,再沿时间和迭代方向设计具有耗散性能的反馈容错控制器,并以线性矩阵不等式形式给出容错控制器存在的充分条件,同时确保多率采样间歇过程在正常和故障条件下的耗散性能.注塑过程的注射速度控制仿真验证了方法的有效性和可行性.