带有稀疏执行器故障的事件触发网络化系统容错控制

针对一类具有事件触发信息传输机制的网络化控制系统,对系统故障执行器个数进行稀疏约束,研究系统在有限个执行器失效情况下的指数稳定及控制器设计问题。将系统故障执行器个数的约束转化为对控制器增益矩阵行的势约束,利用混合整数方法来解决这类稀疏约束的容错控制问题。在此基础上,利用Lyapunov泛函方法,得出闭环系统在有限个执行器失效情况下系统呈指数稳定的充分条件以及具有行稀疏约束的控制器设计方法。最后,通过一个飞行控制系统的数值仿真实例验证所提控制方法的可行性和有效性。     

网络化控制系统的故障诊断与容错控制

介绍了网络化控制系统几类故障诊断与容错控制方法的基本思想。故障诊断与容错控制对于控制工程实践特别是对安全性有严格要求的控制系统是十分重要的。网络化控制系统通过共享网络资源实现控制而带来了各种优越性的同时,也给传统的控制理论带来了新的挑战。因此需要发展适用于此类异步的、基于信包的控制系统的控制理论与技术。网络化控制系统基于数学模型的故障诊断问题,在建立恰当的网络化系统模型后,可转化一类特定的时延系统故障诊断问题。     

基于输出反馈网络化控制系统鲁棒容错控制

研究了一类具有时延不确定性的网络化控制系统的鲁棒容错控制问题.针对以往控制器大多采用状态反馈的形式,而对功能和结构复杂的网络化控制系统全部状态往往难于测取,因而状态反馈形式的控制器在应用中会受到限制,完整性问题的结果也主要基于0-1故障模型.采用动态输出反馈控制策略,针对网络化控制系统的时延和不同步对系统产生的影响,基...     

一类随机时延网络化控制系统的容错控制研究

将一类具有随机时延的网络化控制系统建模为具有马尔可夫延迟特性的离散跳变线性系统．借助跳变线性系统理论和容错控制的思想，研究了随机时延网络化控制系统的执行器失效问题．仿真结果验证了所提方法的有效性．     

具有数据包丢失的网络控制系统的保成本容错控制

研究了具有数据包丢失的网络控制系统的保成本容错控制问题．针对一类存在马尔可夫丢包的网络控制系统,考虑更一般的执行器连续增益故障模型,利用李亚普诺夫稳定理论和马尔可夫跳变线性系统理论,构造丢包依赖的李亚普诺夫函数．给出了保持系统均方稳定且满足保成本性能指标的控制器存在的充分条件,并提出了相应的保成本容错控制器设计方法．同时,通过求解优化问题,构造出系统的最优保成本容错控制器．最后给出的数例仿真验证了该控制器设计方法的有效性．     

具有丢包、通讯约束的非线性时滞网络化控制系统鲁棒故障检测

针对具有Lipschitz非线性时滞的网络化控制系统,研究系统具有丢包和通讯约束的故障检测问题.利用线性矩阵不等式设计故障检测滤波器,提出一种新的阈值计算方法,使得当系统在外部干扰情况下发生故障时残差评价函数能够迅速超出所设定的阈值,从而检测出执行器故障并使残差误差最小.最后通过仿真研究验证了所提出的方法能够更快速地检测出故障.     

容错控制系统综述

本文讨论了故障系统的容错控制设计问题.对各种故障系统的容错控制设计方法,从其原理、特征及应用等方面作了详细的综述,主要包括各种故障的监测与隔离方法和各种容错控制器的设计方法.最后对容错控制系统设计的发展趋势作了简要介绍.     

带宽约束下网络化控制系统的量化研究综述

为了寻求确保系统稳定性的最小比特数,针对线性网络化控制系统,综述研究量化比特个数、系统稳定性、系统噪声之间的普遍关系的一些重要结果;针对非线性网络化控制系统,回顾一般系统中有限个量化比特能确保稳定性的一些结果;并综述了系统采取一类较普遍的非线性前馈型情况下的、一些关于能确保系统稳定性的最小比特数方面的研究,并利用仿真对...     

一类多指标约束下模糊非线性系统的满意容错控制

针对一般执行器故障模式的T-S模糊非线性系统,分别研究了同时具有稳定度指标、输入指标、输出指标约束下和同时具有闭环极点指标、方差指标、H∞指标约束下的满意容错控制器设计问题,给出了各相容指标的取值范围.仿真实例验证了所设计的满意容错控制策略的有效性,它不仅保证了执行器故障闭环系统的稳定性,而且保证系统具有良好的动态和稳态性能.     

存在部分解耦扰动的网络化系统容错控制

针对一类存在执行器故障和部分解耦扰动的离散时间网络化控制系统,研究测量数据随机丢失情况下的主动容错控制问题。首先,通过模型转换将原系统化为一个与之等价的状态增广系统;然后在考虑测量数据发生随机丢失情况下,构造未知输入观测器(unknown input observer, UIO)实现对系统状态与故障的联合估计,再基于状态和故障的在线估计值,设计基于信号补偿的容错控制律实现对原系统的主动容错控制。在该容错控制算法中,观测器与控制器增益的存在性条件均可利用李雅普诺夫稳定性理论对误差系统进行随机分析得到,相应的估计器和控制器参数可通过在线求解具有凸约束的矩阵不等式获得。最后,通过一个喷气式发动机模型的仿真算例验证所提出的故障估计与主动容错控制方法的有效性。     

执行器受限下离散网络控制系统容错控制

随着自动控制、计算机科学以及通讯技术等飞速发展,近十年来网络控制系统(NCSs)已经在工业控制、航空航天以及物联网等领域得到广泛的应用。针对离散时间网络控制系统存在执行器饱和与故障的情况,充分考虑网络诱导时延和参数不确定等影响,提出了一种容错控制设计方法,将被控系统转化为一类存在扇形有界不确定性和非线性项的闭环控制系统,利用Lyapunov稳定性理论和时延上界信息进行泛函构造并利用Jenson不等式放大技术估计泛函差分更紧上界,得到确保闭环系统渐近稳定的充分性条件,再基于线性矩阵不等式(LMI)技术得到控制器增益设计方案,最后利用对比仿真验证了方法的有效性并且能降低保守性。     

带有传输受限和随机丢包的网络化控制系统的故障检测方法研究

研究了同时存在传输受限和随机丢包情况下的网络化控制系统的故障检测问题, 给出了残差发生、残差评价和误报率分析的方法. 首先, 基于确定性的系统描述, 本文给出了基于周期系统理论的残差发生方法. 接下来, 在充分利用随机丢包概率特性的基础上, 本文给出了残差评价方法. 最后, 利用切比雪夫不等式, 本文给出了故障检测误报率的计算方法. 仿真结果证实了算法的有效性.     

互联系统容错控制的研究回顾与展望

互联系统的容错控制是近年来控制领域的研究热点,具有重要的理论价值和实际意义.本文阐述了互联系统容错控制的基本结构和主要思想,总结了带有机械互联、网络互联和模型虚拟互联的三类互联系统的容错控制最新研究成果,并对该研究方向进行了展望.     

存在通讯限制的网络控制系统鲁棒故障检测

对一类具有随机丢包和通讯限制的网络控制系统的鲁棒故障检测问题进行研究;考虑控制器到执行器间存在通讯限制以及传感器到控制器间存在数据丢包,并将丢包用Bernoulli随机二进制分布进行描述;在此基础上建立带有故障的离散时间模型,基于所建立的模型设计故障检测滤波器,使得残差系统随机稳定,同时滤波误差系统的H∞范数满足给定的衰减水平;所设计的故障检测滤波器不但保证了残差系统对故障的灵敏,同时对系统的外部扰动输入具有鲁棒性;数值算例验证了文章所提方法是可行的.     

变采样周期网络化系统鲁棒容错控制

针对网络控制系统中存在的时变采样周期与时延,通过矩阵Jordan 变换与分解, 将采样周期和时延的不确定性转变为系统结构参数的不确定性,建立了离散时间凸多面体不 确定系统模型。在此基础上,首先设计观测器,保证系统状态和故障估计收敛于实际值。接 着,根据估计的故障,设计了主动动态输出反馈鲁棒容错控制器,给出了执行器发生故障时, 系统能保持渐近稳定的充分条件。将控制器设计问题转化为以线性矩阵不等式形式为约束条 件的凸优化问题,进而得出了最优H∞鲁棒容错控制器参数的具体表达式。数值仿真验证了提 出的设计方法的有效性。     

含大时滞和噪声的网络化控制系统的最优故障诊断

研究含大测量时滞和噪声的网络控制系统(Networked control systems, NCS)的故障诊断问题, 提出一种新的基于无时滞转换方法的最优故障诊断器的设计方法. 该方法首先构造一个隐含故障状态的增广系统, 并利用无时滞转换方法将含有测量时滞的网络控制系统转换为无时滞系统. 然后给出了故障的可诊断性判据, 并利用对偶原理将最优故障诊断器的设计问题转换为状态反馈控制器设计问题. 最后, 通过构造一种满足二次型性能指标的最优故障诊断器, 实现了故障的实时诊断. 仿真示例验证了该方法的可行性和有效性.     

Fundamental Issues in Networked Control Systems

This paper provides a survey on modeling and theories of networked control systems (NCS). In the first part, modeling of the different types of imperfections that affect NCS is discussed. These imperfections are quantization errors, packet dropouts, variable sampling/transmission intervals, variable transmission delays, and communication constraints. Then follows in the second part a presentation of several theories that have been applied for controlling networked systems. These theories include: input delay system approach, Markovian system approach, switched system approach, stochastic system approach, impulsive system approach, and predictive control approach. In the last part, some advanced issues in NCS including decentralized and distributed NCS, cloud control system, and co-design of NCS are reviewed.      

具有传输时延的网络控制系统故障估计与调节

In this paper, a method of fault estimation and fault tolerant control for networked control system (NCS) with transfer delay and process noise is presented. First, the networked control system is modeled as a multiple-input-multiple-output (MIMO) discrete-time system with transfer delays, process noise, and model uncertainties. Under this model and under some conditions, a fault estimation method is proposed to estimate the system faults. On the basis of the information on fault estimation and the sliding mode control theory, a fault tolerant controller is designed to recover the system performance. Finally, simulation results are used to verify the efficiency of the method.