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。     

一类不确定网络控制系统的鲁棒容错控制

研究了含有数据包丢失的不确定网络控制系统的鲁棒容错控制问题. 在执行器连续增益故障下,考虑前向网络通道和后向网络通道中存在满足马尔可夫性质的数据包丢失情况,将含有结构不确定性的闭环故障网络控制系统建模为马尔可夫跳变线性系统.基于这个模型,利用Lyapunov稳定性理论和矩阵不等式技术,给出了闭环故障系统随机稳定的充分条件,同时采用锥补线性化方法,给出了控制器设计方法.最后数例仿真验证了该设计方法的有效性.     

基于输出反馈的不确定NCS鲁棒容错控制

研究了一类具有网络诱导时延和参数不确定性网络化控制系统鲁棒容错控制问题.基于将时延的不确定性转换为系统状态方程系数矩阵不确定性的NCS模型,同时考虑系统参数不确定性对系统的影响,应用Lyapunov稳定性理论和LMI方法,采用输出反馈控制策略,推证出了保证闭环网络化控制系统在执行器或传感器发生故障时仍渐进稳定的充分条件,并以求解线性矩阵不等式组给出了容错控制器的设计方法,最后用仿真算例验证了此方法的可行性和有效性.     

一类基于观测器的非线性网络化控制系统的绝对稳定性

主要考虑了基于观测器的Lurie网络化控制系统的绝对稳定性问题. 由于采用了基于观测器的反馈控制器, 传感器到控制器的网络诱导时延和控制器到执行器的网络诱导时延不再能合并到一起处理. 首先通过状态增广方法将Lurie网络化控制系统建模为一个多时滞的Lurie系统, 然后利用Newton-Leibniz公式和添加自由权矩阵的方法给出了时滞依赖的稳定性条件. 在此基础上, 给出三种求解控制器和观测器增益矩阵的方法. 此外, 还分别给出了被控对象存在范数有界不确定性和结构不确定性时系统的鲁棒稳定性条件及鲁棒控制器设计方法, 所有得到的结果都是以线性矩阵不等式的形式给出的. 便于利用线性矩阵不等式工具包进行求解. 最后, 通过两个仿真算例说明了方法的可行性和有效性.     

带有状态观测器的网络控制系统非脆弱H_∞控制

研究了存在时变时延的非理想网络环境下基于状态观测器的网络化控制系统非脆弱H_∞鲁棒控制。考虑状态观测器和控制器均存在不确定性,采用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)方法,得到闭环控制系统H_∞渐近稳定的充分条件,给出非脆弱状态观测器和非脆弱鲁棒控制器的存在条件,通过给出的锥补线性化算法求解控制器和观测器增益矩阵。仿真实例表明了所提方法的有效性和可行性。     

一类基于观测器的网络控制系统鲁棒控制器设计

研究一类基于状态观测器的网络控制系统鲁棒稳定性和鲁棒控制器设计问题.考虑传感器时钟驱动、控制器和执行器事件驱动以及小于等于一个采样周期的不确定时延,建立了基于状态观测器的网络控制系统增广模型.利用线性矩阵不等式方法推导出该系统鲁棒稳定的条件,进一步给出了鲁棒控制律和状态观测器设计方法.数值仿真算例证明了分析方法和结果的有效性.     

基于T-S模型的网络控制系统故障诊断

针对一类参数不确定并具有时延和丢包情况的非线性网络控制系统,为达到快速准确的进行故障诊断的目的,提出了一种基于T-S模糊模型的故障诊断方法.通过建立此系统的T-S模糊模型,利用平行分布补偿时延的思想设计了满足系统稳定性条件的状态反馈控制器,以及通过引入随机切换系统表示数据有无丢失情况下的基于模糊观测器的鲁棒故障诊断方法,然后基于 Lyapunov函数和线性矩阵不等式方法给出了该闭环网络控制系统渐近稳定的充分条件,最后通过仿真例子验证了该方法能够使闭环控制系统渐进稳定以及能够准确的进行故障诊断,验证了所设计方法的有效性.     

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.     

基于输出反馈的鲁棒容错D-稳定性分析

研究线性不确定系统基于输出反馈的鲁棒容错控制问题.基于连续型执行器故障模式,利用线性矩阵不等式LMI,给出了系统基于输出反馈的鲁棒容错D-稳定的充分条件,并把控制器的设计方法归结为求解一族线性矩阵不等式组.与常规的方法相比,给出的控制器不仅保证闭环系统对执行器故障具有完整性,并且使闭环系统的极点配置在指定区域D中.通过仿真示例表明,无论执行器发生故障与否,得到的基于输出反馈的鲁棒容错控制器均保证闭环系统是D-稳定的,从而验证了所提出设计方法的有效性.     

具有数据包丢失的网络控制系统主动容错控制

在保证稳定性的前提下,研究具有数据包丢失的网络控制系统主动容错控制问题.基于一类包含马尔可夫丢包过程的网络控制系统模型,考虑了执行器可能失效的情况.利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,获得了系统的保性能被动容错控制器.从控制性能的角度考虑,针对不同的执行器失效模式,得到了丢包网络环境下系统的主动客错控制器的设计方法.数值示例表明,该控制器设计方法是有效的.     

短时延多包传输网络控制系统的容错控制

研究了存在数据丢失的短时延多包传输网络控制系统在静态调度和动态调度下的控制器设计问题。把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。在静态调度策略下,将系统建模为一类具有一定切换规则的周期系统,利用容错控制理论和周期系统理论得到系统稳定性判据;在动态调度策略下,将系统建模为一类具有有限子系统的自主切换系统,利用容错控制理论和切换系统理论给出了系统的稳定性条件。并利用控制器和观测器的协同设计方法给出了系统在静态调度和动态调度下的容错控制律和状态观测器设计方法。数值仿真算例证明了结论的可行性和有效性。     

执行器饱和不确定NCS 非脆弱鲁棒容错控制

针对存在时变时延和丢包的不确定网络化控制系统(NCS), 同时考虑执行器饱和、控制器参数摄动以及非线性扰动等约束, 研究执行器发生结构性失效故障时系统的鲁棒容错多约束控制问题. 基于时滞依赖Lyapunov 方法和容错吸引域定义, 采用状态反馈控制策略推证出了闭环故障不确定网络化控制系统稳定的少保守性不变集充分条件, 并给出了非脆弱鲁棒容错控制器的设计方法以及最大容错吸引域的估计. 仿真算例验证了所述方法的可行性和有效性.

     

一类非线性系统的输出反馈容错控制

针对一类非线性系统,研究了故障情况下基于输出反馈的容错控制问题．首先基于Zhang的自适应观测器和Lin的输出反馈控制律设计了正常系统的标称控制律,分析了该控制律的性能,并得到了故障发生后仍然采用该控制律时闭环系统状态有界的充分条件．在此基础上,设计了故障系统的容错控制律,证明了若发生的故障满足前述的充分条件,则故障系统在该容错控制律下稳定．数值仿真表明了该方法的有效性．     

具有多传输通道系统的网络化预测控制

本文研究了一类具有多传输通道网络化系统的控制问题,基于网络化预测控制方法,提出了一种改进型的分布式预测补偿方式,从而更有效地利用反馈数据来提高控制系统的性能.对闭环网络化预测控制系统进行分析,得到其稳定性条件,特别地,在模型精确已知和多传输通道的时延为定常的情况下,该条件将会退化为本地控制的闭环系统稳定性条件.上述结论的好处是网络化预测控制系统中状态观测器和控制器的设计可以参考本地控制.通过球杆系统算例验证本文所提方法的正确性和有效性.     

Output feedback fault-tolerant control for a class of discrete-time fuzzy bilinear systems

This paper studies the fault-tolerant control problem for a class of discrete-time fuzzy bilinear systems with unmeasurable states. A fuzzy detective observer is designed to detect the faults. Based on the fuzzy detective observer, a fuzzy controller is designed by solving a set of linear matrix inequalities (LMIs) to ensure that the closed-loop system without faults is asymptotically stable. For the discrete-time fuzzy bilinear system with faults, a fuzzy adaptive diagnostic observer is designed to estimate the faults by solving a set of LMIs. Then, a fuzzy faulttolerant controller is designed based on the fuzzy diagnostic observer to ensure that the closed-loop system with faults is asymptotically stable. At last, simulation results are presented to verify the effectiveness of the proposed output feedback fault-tolerant control method.     

NNCS混合容错控制方法

针对执行器任意失效故障,研究离散事件触发通讯机制下不确定NNCS主被动混合鲁棒$H_\infty$容错控制器设计问题,该控制器对外界有限能量扰动具有良好的抑制性能.首先,基于T-S模糊模型,建立离散事件触发通讯机制下不确定NNCS闭环故障模型;然后,基于$H_\infty$控制思想设计故障检测观测器并得到不确定NNCS鲁棒$H_\infty$容错控制设计准则;最后,通过Matlab仿真算例验证所设计的控制律对系统性能的改善以及事件触发条件的引入对网络资源的节约.     

Observer-based fault-tolerant control for a class of nonlinear networked control systems

This paper presents a fault-tolerant control (FTC) scheme for nonlinear systems which are connected in a networked control system. The nonlinear system is first transformed into two subsystems such that the unobservable part is affected by a fault and the observable part is unaffected. An observer is then designed which gives state estimates using a Luenberger observer and also estimates unknown parameter of the system; this helps in fault estimation. The FTC is applied in the presence of sampling due to the presence of a network in the loop. The controller gain is obtained using linear-quadratic regulator technique. The methodology is applied on a mechatronic system and the results show satisfactory performance.     

具有时延和丢包的NCS H∞保性能容错控制*

针对存在时延和丢包的网络化控制系统,研究执行器或传感器失效时,系统受外部有限能量扰动影响的Hinf保性能容错控制问题。文中将丢包当作一种特殊时延,考虑综合时延的区间快变特性,采用状态反馈控制策略,通过构造适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出了闭环系统对执行器或传感器失效故障具有Hinf保性能容错能力的时滞依赖充分条件,并以求解LMIs的方式给出了最优控制器的设计方法。最后以一个仿真算例验证了文中所述方法的可行性和有效性。     

约束多传感器线性系统的RMPC容错控制

针对一类约束多传感器线性故障系统,提出了一种基于鲁棒预测控制策略的容错控制方案．首先为多传感器线性系统设计了观测器,然后离线设计不变集列,使得时变的状态估计误差存在于相应的不变集列中,利用不变集的理论提出了一种新的故障检测的方法,最后基于鲁棒预测控制策略为故障系统设计了容错控制器,给出了闭环系统鲁棒稳定性的证明．仿真结果证明了方法的可行性。