抵御任意故障的H2动态输出反馈可靠控制研究

针对线性系统,基于线性矩阵不等式(LMI),给出具有抵御任意故障的H2动态输出反馈控制器的设计方案,所得到的结论不仅是能抵御执行器或传感器任何一类部件发生故障的完整性设计方案,而且能使系统达到给定的H2性能指标。使用比离散故障模型更具有实际意义的连续故障模型．一个数值例子说明所提方法的有效性。     

一类具有间歇性执行器故障的时滞系统的容错控制

研究具有间歇性随机执行器故障的时滞系统的容错控制问题,通过假设执行器故障的发生满足Bernoulli分布,且发生的故障服从某种概率分布,建立具有一般性的执行器故障模型．利用时滞分段分析方法,有效地降低了时滞带来的保守性,并给出了故障分布依赖和时滞分段依赖的容错控制器解的存在条件．最后,通过算例验证了所提出方法的有效性．     

不确定线性系统有限时间状态估计与故障重构

针对具有外部干扰和执行器故障的不确定线性系统,给出了一种有限时间内估计系统状态及重构执行器故障的方法．首先,通过状态和输出等价变换,得到不受执行器故障和建模不确定信息干扰的降维解耦系统．在此基础上设计有限时间状态估计器,并设置任意小的时延参数,实现对降维系统状态的有限时间估计,从而达到对原系统状态有限时间估计的目的;其次,考虑高增益滑模微分器对系统输出微分进行有限时间估计;之后,在原系统状态和系统输出微分有限时间估计的基础上,提出一种对系统不确定信息和执行器故障同时估计的方法;最后,通过对具有执行器故障的F-16飞行器纵向系统模型进行仿真,验证所提方法的有效性．     

考虑执行器故障的鲁棒H∞控制

采用比中断模型更一般的连续增益故障模型,提出线性系统考虑执行器故障的鲁棒H∞可靠控制问题。利用线性矩阵不等式LMI分别给出执行器故障鲁棒H∞控制器存在的充分条件。在保证闭环系统故障发生时的渐近稳定和可接受的性能指标基础上,优化了无故障情况下的性能指标。仿真数例验证了所提出方法的可行性和对系统进行鲁棒H∞控制器设计的必要性。     

具有混合故障模型的区间系统的可靠控制

基于更一般更实际的混合故障模型,研究区间系统可靠控制器存在问题。给出带有混合故障模型的区间系统可靠镇定性问题的解决方法,考虑区间系统具有执行器混合故障的可靠控制问题,将系统的区间性和执行器故障混合性联合处理,以线性矩阵不等式的形式给出这类区间系统鲁棒镇定性的充分条件。最后通过仿真算例验证所给的方法的可行性和有效性。     

不确定系统静态输出反馈可靠控制

针对含有状态不确定项的线性系统,提出具有执行器故障的静态输出反馈控制问题。首先给出在不考虑故障时设计控制器使系统保持渐近稳定的充分条件;然后讨论对于同一系统同一控制器在考虑执行器故障时系统出现不稳定;接下来,针对同一故障模型重新设计静态输出反馈控制器使系统在发生故障后仍保持渐近稳定。最后,数值仿真验证了本文结果的有效性。     

考虑执行器故障的不确定线性系统可靠跟踪控制

针对具有不确定性的线性定常系统，提出了考虑执行器故障的可靠跟踪控制器设计问题．在更一般且更实际的执行器故障模型基础上，给出了系统输出渐近跟踪参考输入的可靠跟踪控制存在的充分条件，通过求解LMI完成状态反馈可靠控制器的设计，仿真实例验证了该设计方法的可行性，并且通过与不考虑故障的正常控制系统的比较，进一步说明对系统进行可靠跟踪控制的必要性。     

一种滑模观测器的多故障诊断方法

针对非线性系统的执行器故障及传感器故障,提出一种鲁棒多故障检测方法．首先,对可能发生的每种执行器故障分别构造模型,并设计相应的滑模观测器用于残差生成,从而实现执行器故障检测．然后,设计一种算法,利用简单滤波器将传感器故障转换为执行器故障,从而直接利用执行器故障检测的方法实现传感器故障的检测,将执行器故障的检测方法推广到执行器、传感器故障同时存在的情况．最后,通过在单关节机械手中的仿真应用验证了所提方法的有效性．     

具有连续增益故障离散系统保性能可靠控制

针对不确定离散线性系统，采用连续增益故障模型，提出了考虑执行器故障的保性能可靠控制问题。通过对具有执行器故障不确定离散线性系统的分析，利用LMI分别给出了保性能标准控制器、保性能可靠控制器存在的充分条件及设计方法。根据凸优化理论．最优保性能标准控制器和最优保性能可靠控制器的设计方法转化为一个线性凸优化算法。在仿真数例中，不仅验证所提出方法的可行性；而且比较了最优保性能标准控制与最优保性能可靠控制。通过比较可以看出，当发生故障时，最优保性能标准系统将失去原有的性能和稳定性；最优保性能可靠系统仍将保持原有的性能。     

具有一般故障模型的系统完整性的频域研究

针对一般的故障模型, 从频域角度提出了系统对传感器失效、执行器失效及传感器和执行器同时失效具有完整性的充分条件; 在此基础上, 通过与标准H_∞控制问题建立等价关系, 给出了输出反馈可靠性控制器的设计方法.     

不确定离散时滞系统的鲁棒容错控制器设计

研究了具有参数不确定性的离散时滞系统的鲁棒容错控制问题,针对执行器故障和传感器故障分别给出了使闭环系统仍能保证渐近稳定的充分条件,控制器的设计可以通过求解线性矩阵不等式(LMI)方法得到。设计实例及仿真结果验证了该方法的有效性。     

一类线性系统区域极点配置静态输出反馈可靠控制

考虑连续线性系统,在连续增益故障模型的前提下,提出带有执行器故障的圆形区域极点配置的静态输出反馈的可靠控制问题。本文利用线性矩阵不等式(LMI) 在考虑执行器故障模型的基础上,给出圆形区域极点配置的静态输出反馈的可靠控制器存在的充分条件。通过成果的仿真,并进一步说明当系统发生故障时,正常控制的闭环系极点可能离开所给定的圆形区域,而可靠控制的闭环系统仍然会保持极点在给定的圆形区域内。从而看出对系统进行极点配置的静态输出反馈的可靠控制的必要性。     

一类不确定Lur''e 奇异系统的可靠鲁棒性H∞跟踪控制

The problem of reliable robust H∞ tracking control for a class of uncertain Lur'e singular systems is studied. A practical and general failure model of actuator and sensor is considered by using convex polytopic uncertainties to describe control surface impairment. Some sufficient conditions are presented for the case of actuator, sensor and control surface failures in terms of linear matrix inequalities (LMIs). The resultant control systems are reliable in that they guarantee closed-loop system robust stability with H∞ performance and the output tracking the reference signal without steady-state error when all control components are operational as well as when some control components experience failures. Finally, a numerical example is given to show the effectiveness of the proposed methods.     

Adaptive actuator failure compensation for multivariable feedback linearizable systems

A feedback linearization‐based adaptive control scheme is developed for multivariable nonlinear systems with redundant actuators subject to uncertain failures. Such an adaptive controller contains a direct adaptive actuator failure compensator to compensate the uncertain actuator failure, a nonlinear feedback to linearize the nonlinear dynamics, and a linear feedback to stabilize the linearized system. The key new design feature is the estimation of both the failure patterns and the failure values, for direct adaptive actuator failure compensation, newly developed for multivariable feedback linearizable nonlinear systems. With direct control signal adaptation, the adaptive failure compensation design ensures closed‐loop stability and asymptotic output tracking in the presence of actuator failure uncertainties. Simulation results from an application to attitude control of a near‐space vehicle dynamic model are presented to verify the desired system performance with adaptive actuator failure compensation. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Delta算子时滞系统的可靠D--镇定

研究同时含有执行器故障和传感器故障的Delta算子时滞系统的鲁棒可靠D-镇定问题.利用矩阵特征值理论和线性矩阵不等式方法,给出了Delta算子时滞系统D-稳定的充分条件,进而,针对同时含有执行器故障和传感器故障的Delta算子范数有界参数不确定时滞系统,设计鲁棒可靠D-镇定状态反馈控制器,使得对于所有容许的不确定性、执行器故障和传感器故障,Delta算子闭环时滞系统的极点均落在复平面指定圆盘区域内.最后,通过数值算例验证了控制器设计方法的可行性和有效性.     

Controllers with diagnostic capabilities. A neural network implementation

Designing controllers with diagnostic capabilities is important as in a feedback control system, detection and isolation of failures is generally affected by the particular control law used. Therefore, a common approach to control and failure diagnosis problems has significant merit. Controllers capable of performing failure diagnosis have additional diagnostic outputs to detect and isolate sensor and actuator faults. A linear such controller is usually called a four-parameter controller. Neural networks have proved to be a very powerful tool in the control systems area, where they have been used in the modelling and control of dynamical systems. In this paper, a neural network model of a controller with diagnostic capabilities (CDC) is presented for the first time. This nonlinear neural controller is trained to operate as a traditional controller, while at the same time it provides reproduction of the failure occurring either at the actuator or the sensor. The cases of actuator and sensor failure are studied independently. The validity of the results is verified by extensive simulations.A version of this paper under the title The Four-Parameter Controller. A Neural Network Implementation was presented at the IEEE Mediterranean Symposium on New Directions in Control Theory and Applications, Chania, Crete, Greece, June 21–23, 1993.     

具有BIBO稳定的网络系统随机容错设计

研究了具有均方BIBO稳定的网络化控制系统的随机容错控制及控制器设计问题。针对网络化控制系统的传感器失效故障和执行器失效故障均具有随机性这一现象,将传感器和执行器的故障建模为相互独立的Bernoulli随机变量序列;利用Lyapunov稳定性理论,结合线性矩阵不等式技术,通过对反馈增益矩阵的分解,得到了网络控制系统存在传感器失效故障和执行器失效故障情况下的均方BIBO稳定条件;基于该稳定条件给出了系统随机容错控制器的设计。以数值实例验证了该方法的有效性。     

A discrete-time parameter estimation based adaptive actuator failure compensation control scheme

This article studies discrete-time adaptive failure compensation control of systems with uncertain actuator failures, using an indirect adaptive control method. A discrete-time model of a continuous-time linear system with actuator failures is derived and its key features are clarified. A new discrete-time adaptive actuator failure compensation control scheme is developed, which consists of a total parametrisation of the system with parameter and failure uncertainties, a stable adaptive parameter estimation algorithm, and an on-line design procedure for feedback control. This work provides a new design of direct adaptive compensation of uncertain actuator failures, using an indirect adaptive control method. Such an adaptive design ensures desired closed-loop system stability and tracking properties despite uncertain actuator failures. Simulation results are presented to show the desired adaptive actuator failure compensation performance.     

一类概率依赖的随机网络系统的随机容错设计

针对网络控制系统的传感器、执行器和网络时延具有随机性这一现象,引入相互独立的Bernoulli随机变量序列作为传感器失效故障、执行器失效故障的开关矩阵,将时延的变化区间任意分成两个小区间,引进Bernoulli随机变量并将其概率分布引入到系统矩阵中,建立随机的网络化控制系统模型,研究了该系统存在传感器失效故障、执行器失效故障及二者同时失效故障情况下的随机容错控制问题。基于Lyapunov稳定性理论,结合线性矩阵不等式技术,给出了确保系统均方指数稳定的条件,该条件不仅依赖于时延的上下界,还依赖于时延的概率分布。数值实例说明结论是有效的。     

容错控制系统部件重要度计算的CAD算法

部件(如传感器或执行器)的失效将导致系统性能的下降甚至完全失效。因此,在设计容错控制系统时确定部件重要度是非常重要的。本文提出了部件静态和动态重要度,它们分别表示了部件失效对系统静态和动态性能的影响程度。借助仿真和矩阵转换的运算,本文提出了能同时计算m个部件静态和动态重要度的CAD算法,例子验证了该法的有效性。