Robust reliable control for a class of time-varying uncertain impulsive systems

The problem of robust and reliable control design for linear uncertain impulsive systems with both timevarying norm-bounded parameter uncertainty and actuator failures was studied. The actuators are classified into two groups. One set of actuators susceptible to failures is possible to fail, the other set of actuators robust to failures is assumed never to fail. The outputs of the actuator failures are regarded as zero. The purpose is to design the state feedback controller such that, for all admissible uncertainties as well as actuator failures occurring among a prespecified subset of actuators, the plant remains asymptotically stable. A modified algebraic Riccati equation approach was developed to solve the problem addressed and a robust reliable control law was obtained. An numerical example was also offered to prove the effectiveness of the proposed method.     

不确定线性系统的容错控制器设计

针对一类含有时变范数有界参数不确定性和部分执行器可能失效的系统,结合一个二次型性能指标,研究了使得闭环系统保持稳定,且闭环性能指标值不超过某个确定界的鲁棒容错状态反馈控制率的设计问题,通过求解一个代数Riccati方程的对称正定解给出了鲁棒容错控制率的构造。     

一类线性离散系统H∞鲁棒容错控制器设计

从不确定线性离散控制系统的传感器或／和执行器等部件极易发生故障的实际情况出发，对这类控制系统的鲁棒容错控制器设计问题作了研究。在假设传感器和执行器同时发生故障的情况下，基于状态反馈思想和H∞鲁棒控制理论，通过求解一个代数Riccati方程得到H∞鲁棒容错状态反馈控制律。因此，由该设计方法得到的控制律同样适用于传感器和执行器分别出现故障的情况。并通过仿真实例来验证该H∞鲁棒容错控制律不仅对不确定性和扰动具有H∞鲁棒性能，而且对传感器或／和执行器故障具有容错性能，从而说明该控制器设计方法的正确性和有效性。     

一类线性离散系统H∞鲁棒容错控制器设计

从不确定线性离散控制系统的传感器或/和执行器等部件极易发生故障的实际情况出发,对这类控制系统的鲁棒容错控制器设计问题作了研究.在假设传感器和执行器同时发生故障的情况下,基于状态反馈思想和H∞鲁棒控制理论,通过求解一个代数Riccati方程得到H∞鲁棒容错状态反馈控制律.因此,由该设计方法得到的控制律同样适用于传感器和执行器分别出现故障的情况.并通过仿真实例来验证该H∞鲁棒容错控制律不仅对不确定性和扰动具有H∞鲁棒性能,而且对传感器或/和执行器故障具有容错性能,从而说明该控制器设计方法的正确性和有效性.     

Robust reliable H_∞ control for a class of uncertain time-delay systems

This paper deals with the problem of robust reliable H∞ control for a class of uncertain nonlinear systems with time-varying delays and actuator failures. The uncertainties in the system are norm-bounded and time-varying. Based on Lyapunov methods, a sufficient condition on quadratic stabilization independent of delay is obtained. With the help of LMIs (linear matrix inequalities) approaches, a linear state feedback controller is designed to quadratically stabilize the given systems with a H∞ performance constraint of disturbance attenuation for all admissible uncertainties and all actuator failures occurred within the prespecified subset. A numerical example is given to demonstrate the effect of the proposed design approach.     

不确定时滞系统的可靠保性能控制

对一类不确定连续时滞系统,研究当执行机构发生连续增益故障情况下的可靠保性能状态反馈控制律的设计问题.应用线性矩阵不等式处理方法,导出系统可靠保性能控制律的存在条件,并且给出所有可靠保性能控制律的参数化表示.在此基础上,进一步得到最优可靠保性能控制律的设计方法.对于部分执行器完全失效情况有待进一步研究.     

网络切换模糊时滞系统的容错控制

研究了一类网络切换模糊时滞系统的容错控制问题。当系统的执行器失效时,利用切换技术和Lyapunov函数方法,给出了各个子系统的状态反馈控制器及切换律的设计。通过预先给定的失效集,使得闭环系统对于发生在给定失效集的执行器失效,在所设计的控制器及切换律下是渐近稳定的。最后,通过仿真例子验证了设计方法的有效性。     

基于输出反馈控制系统的鲁棒容错控制设计

通过对参数不确定时滞系统的容错控制的研究,针对执行器和传感器的失效故障,利用Riccati方程和Lyapunov稳定性定理,提出一种基于带有时滞项输出反馈控制的鲁棒容错控制器设计方法,并给出各种故障模式下的容错控制条件。仿真结果表明,该方法具有良好的鲁棒容错控制效果。     

不确定时滞性性系统的鲁棒容错控制

容错控制就是使设计的控制系统能对可能发生的故障具有一定的容错能力。该问题直接关系到控制系统运行的可靠性和安全性。完整性是容错控制研究的一个重要方面,它是指系统中一个或多个部件发生故障时系统并不进行重构,而是利用余下的部件仍可使系统稳定并保持规定性能。由于参数扰动的广泛存在性以及执行器和传感器发生故障的不可避免性,使得研究具有参数不确定的时滞系统的鲁棒容错控制问题具有更重要的现实意义。针对传感器故障情况,采用带有滞后的状态反馈控制,首先考虑了线性时滞系统的容错控制问题,给出了线性时滞系统对传感器失效具有完整性的一个充分条件,进而考虑了具有参数扰动的线性时滞系统的鲁棒容错控制问题,给出了鲁棒容错控制时滞系统的设计方法和步骤,并用设计实例和仿真结果证实了这种方法的有效性。     

一类模糊双曲正切模型稳定性控制

研究了一类模糊双曲正切模型的稳定性控制设计问题,所讨论的系统包含不确定性参数、时变时滞和执行器故障等实际控制中经常遇到问题. 利用线性矩阵不等式及Lyapunov Krasovskii方法提出了一类非线性可靠性控制器的设计方法,使得系统在渐进稳定意义下不论执行器是在全部正常,还是部分失灵的情况都是稳定可靠的.     

时变时滞不确定系统鲁棒完整性控制

研究了具有结构不确定和时变时滞特性系统的时滞依赖鲁棒完整性控制器设计问题。利用Newton—Leibniz转换关系式中各项间的相互联系而获得了新的时滞依赖稳定性指标,该指标保守性较小。基于该时滞依赖稳定性指标,结合Lyapunov稳定性理论和LMI方法,针对系统可能发生传感器或执行器故障的情况,给出了时滞依赖完整性控制器的设计方法。仿真研究表明,所设计的完整性控制器对传感器和执行器故障具有良好的稳定作用。     

Design of decentralized robust H∞ state feedback controller

The design of decentralized robust H∞ state feedback controller for large-scale interconnected systems with value bounded uncertainties existing in the state, control input and interconnected matrices was investigated. Based on the bounded real lemma a sufficient condition for the existence of a decentralized robust H∞ state feedback controller was derived. This condition is expressed as the feasibility problem of a certain nonlinear matrix inequality. The controller, which makes the closed-loop large-scale system robust stable and satisfies the given H∞ performance, is obtained by the offered homotopy iterative linear matrix inequality method. A numerical example is given to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

不确定非线性离散时滞系统的可靠保成本控制

针对一类不确定非线性离散时滞系统,研究了当执行器发生故障情况下的可靠保成本控制器设计问题.通过设计一个无记忆状态反馈可靠保成本控制律,使闭环系统渐近稳定,并且闭环性能指标不超过某个确定的上界.利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式（LMI）方法,给出了可靠保成本控制律存在的条件.通过求解由一组线性矩阵不等式所表示的凸优化问题,可以得到使得闭环系统保成本上界最小的可靠保成本控制器.最后通过仿真实例说明方法的正确性.     

精密机械热误差校正机理及参数遗传优化

在研究精密机械热误差校正机理基础上，提出了主动热校正控制变形误差的精度指标，并研究了减少与增加热控制源对控制精度指标的影响．研究表明主动热校正的控制精度与热控制源数目、控制源位置及控制源的幅值有关，优化的目的是获得最佳的控制源组合及幅值参数，使热误差控制精度指标最小．由于热控制源幅值必须满足一定的设计约束，针对其幅值参数确定的困难性，引入遗传优化算法，该算法具有简单实用的特点，有较强的通用性．实例研究表明，热误差校正控制机理对变形校正控制系统的设计具有指导作用，遗传优化热控制源幅值参数具有快速全局收敛的优点．     

一类网络切换模糊系统的容错控制

针对一类网络切换模糊系统,考虑当系统的执行器失效时,利用切换技术和Lyapunov函数方法,给出各个子系统的容错控制器及切换律的设计方法,使得闭环系统对于给定失效集内的执行器失效,在所设计的容错控制器及切换律下是渐近稳定的,最后通过仿真例子验证了设计方法的有效性。     

具有控制力约束的全方向步行器可靠跟踪控制

全方向步行器在实际使用过程中某个执行电机不可避免地会发生失效,从而影响训练者的安全,针对这一问题,研究了全方向步行器的可靠跟踪控制.基于冗余自由度思想,采用分离故障执行器的方法,利用无故障执行器实现康复者的安全跟踪训练.通过构造Lyapunov函数,保证了跟踪误差系统在全局坐标系下的渐近稳定性,结合双曲正切函数得到控制力约束型可靠控制器的表达形式.仿真结果表明,当某个执行器发生故障时,所设计的控制器能实现步行器的稳定运行,保障了康复者的安全.     

非线性时变时滞不确定关联系统的分散鲁棒容错控制

针对一类系统状态、关联项和控制输入均含有时变时滞以及系统带有非线性扰动的不确定关联系统,研究其分散鲁棒容错控制问题．通过构造适当的Lyapunov函数,运用线性矩阵不等式（LMIs）的方法,给出了系统分散鲁棒容错控制的充分条件,以及在此条件下的分散状态反馈控制律,它对执行器发生故障时具有完整性．然后求解一个具有LMIs约束的凸优化问题,作为设计具有尽可能小反馈增益的分散鲁棒容错控制律的系统化方法,从而得到更符合实际的分散鲁棒容错控制律．     

一类不确定网络控制系统的鲁棒容错控制

针对一类具有网络诱导时延和传感器故障或执行器故障的不确定网络控制系统,研究基于不确定状态反馈的鲁棒容错控制器设计方法.针对具有不确定性参数的被控对象模型,考虑网络诱导时延对系统的影响,分别引入传感器失效开关矩阵和执行器失效开关矩阵,建立基于不确定状态反馈控制器的闭环故障网络控制系统模型,采用Lyapunov方法给出闭环故障网络控制系统对传感器失效或执行器失效具有完整性且对参数不确定性具有鲁棒性的充分条件.最后通过仿真实例验证了该方法的有效性.     

Fast ray tracing method in 3-D structure and its proof of positive definiteness

Based on Fermat’s principle, two-point ray tracing method was studied in three-dimensional structure. By means of first order Taylor’s incomplete series expansion (i.e. no expansion to the length of the ray), a symmetry block tridiagonal matrix equation set was deduced. Further, the positive definiteness of coefficient matrix was discussed, and the positive definiteness was accurately proved in a mathematical way. It assured that the algorithm was well-posed. Associated with iterative method, the solution to ray tracing can be got through step-by-step linearized iteration of the nonlinear problem. An algorithm of the whole path iterative ray tracing method in three-dimensional velocity structure was obtained. This method shows a clear and simple as well as explicit computation formula, which makes ray tracing computation easily applicable in practice. The correction vector is obtained through finding the solution to the positive definite block tridiagonal equation set, which ensures the method is robust convergence. This study offers a new kind of feasible and efficient ray tracing method for three dimensional seismic migration and tomography. Meanwhile, it also provides the prerequisite guarantee to design a fast algorithm.     

虚拟轴数控机床基于解耦驱动的补偿器设计

用直线电机驱动虚拟轴机床,可满足高速时动态响应和提高精度的要求,虚拟轴机床的伺服驱动由于强耦合的影响,一直是控制理论和实现技术方面的一个难题,提出了一种新颖的精确定位控制策略,在一轴或多轴控制失效情况下,此控制策略可实现持续动态定位,通过在线重新设置解耦矩阵,能保证在一个或几个驱动器失效时,闭合回路仍能继续正常工作,又在解耦控制的基础上设计了干扰补偿器,仿真结果表明,此控制策略可有效抑制各种扰动,大大改善速度响应特性。