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。     

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。     

A unified framework for passive–active fault-tolerant control systems considering actuator saturation and L∞ disturbances

This paper presents a unified passive–active fault-tolerant control strategy to compensate the loss of actuators’ effectiveness. The proposed approach is capable of handling the system in pre- and post-fault diagnosis intervals by passive and active approaches, respectively. The stability of the designed system is independent of the accuracy of information provided by the fault detection and diagnosis unit, however, a precise estimation could improve the conservation. Actuator saturation and L_∞ disturbances effects are considered in the design stage. The trade-off between maximising the domain of attraction and minimising the effects of L_∞ disturbances is tackled by developing a non-constant state feedback strategy. The feedback gains are determined by solving an optimisation problem. The proposed method is implemented on a model of Boeing 747 and results are discussed.     

Adaptive output feedback control using fault compensation and fault estimation for linear system with actuator failure

The problem of linear systems subject to actuator faults（outage,loss of efectiveness and stuck）,parameter uncertainties and external disturbances is considered.An active fault compensation control law is designed which utilizes compensation in such a way that uncertainties,disturbances and the occurrence of actuator faults are account for.The main idea is designing a robust adaptive output feedback controller by automatically compensating the fault dynamics to render the close-loop stability.According to the information from the adaptive mechanism,the updating control law is derived such that all the parameters of the unknown input signal are bounded.Furthermore,a disturbance decoupled fault reconstruction scheme is presented to evaluate the severity of the fault and to indicate how fault accommodation should be implemented.The advantage of fault compensation is that the dynamics caused by faults can be accommodated online.The proposed design method is illustrated on a rocket fairing structural-acoustic model.     

大规模离散线性系统的分散饱和反馈镇定

考虑了具有执行器饱和的大规模离散时间线性系统分散控制器的设计.首先进行了在执行器幅值饱和的情形下的研究,然后延伸到执行器具有多层饱和的情况,例如,幅值和速率同时存在饱和或通过多层神经元网络近似的执行器非线性.在这2种情况下,给出了闭环系统在分散状态反馈律的作用下,椭球收敛不变性的条件.基于这些条件,可取得大吸引域的分散状态反馈控制律的设计可以归结为具有双线性矩阵不等式(BMI)约束的优化问题.对这些双线性约束优化问题提出了数值算法.数值算例显示了所提出的设计方法的有效性.     

脉冲控制扩展定理及应用

本文在现有脉冲控制理论的基础上, 针对离散时滞系统, 提出了一种扩展脉冲控制的数学描述方法.基于该描述方法, 推导出脉冲控制扩展定理.该扩展定理的合理应用不仅可以有效避免执行器饱和特性的影响, 而且可以分析执行器存在响应时间时系统的稳定性.进一步研究发现, 当系统存在Neimark-Sacker分岔时, 依据扩展定理设计的控制器可以有效提高系统的临界分岔参数.     

多指标约束下离散时间系统的满意容错控制

针对一类不确定性由不相关扰动参数矩阵描述的线性离散时间系统,研究了当执行器发生故障时的静态输出反馈满意容错控制问题．在更实际、更一般的执行器连续增益故障模型下,所设计的控制器确保闭环系统同时满足期望的区域极点指标、稳态方差指标和H￥ 范数指标约束．分析了容错控制中上述指标的相容性,并给出了静态输出反馈满意容错控制器的有效设计方法．仿真算例验证了该方法的有效性．     

基于PI结构的多智能体系统容错一致性控制

针对无领航者多智能体系统(Multi-agent systems, MASs)以及领航-跟随多智能体系统执行器故障问题,设计基于PI结构的容错控制律.考虑到传统的比例型控制律无法消除加性干扰影响下的稳态误差,引入积分环节,在一致性控制律中融入状态的积分项,用于改善多智能体系统一致性过程的稳态性能.针对领航者输入不为零的情况,设计非线性的一致性控制律,并借助黎卡提方程以及Lyapunov函数,进行多智能体系统在故障情况下的一致性分析和控制律设计.最后,通过一系列对比仿真,说明了所设计控制律在改善系统稳态性能方面的优势.     

线性不确定时滞系统的可靠保成本控制

讨论了执行器故障下,线性不确定时滞系统的可靠保成本控制问题。提出了更实际、更一般的执行器故障模型;给出了以LMI表达的故障系统渐近隐定以及成本函数有上界的充分条件;进一步对执行器故障情况下的成本函数上界进行了优化,该优化是通过一个LMI组的最小化问题来实现的,对扰动输入具有一定的衰减性能。仿真实例验证了所得结果的有效性。     

状态反馈控制系统的容错控制又一策略

本文在文献（１）的基础上提出了用邻近两状态反馈回路平均分担因传感器失效而失效的回路控制作用的容错控制思想,进而把这种方法推广到多变量系统中。     

执行器饱和受限不确定系统的次序优化多步预测控制

设计一种次序优化机制,提出一类饱和受限不确定系统的次序优化多步预测控制方法.将系统的输入分解成多个子集合,在各采样周期仅对其中一个集合的输入进行优化,待优化的输入保持上一优化值.针对每个输入集合,确定闭环系统的不变集条件,将次序优化预测控制器设计问题转化成“最小-最大”优化问题,通过求解一组线性矩阵不等式问题得到控制器.仿真算例表明,采用次序优化预测控制方法可以减少控制器的设计时间.     

从LQR理论设计容错MIMO系统的方法

本文提出了从ＬＱＲ理论设计稳定容错ＭＩＭＯ控制系统的新方法,证明了通过适当选取权矩阵Ｑ或Ｒ,可以构造出在稳定性意义上对执行器或传感器的失效具有容错性能的状态反馈系统,并给了Ｑ、Ｒ的选取方法。     

一类时滞组合系统的优化保成本容错控制

对一类时滞组合系统,研究了依赖时滞的分散状态反馈可靠保成本控制器的设计问题．采用线性矩阵不等式方法,导出了时滞依赖可靠保成本控制器的存在条件和参数化表示．进而,通过建立和求解一个线性矩阵不等式组约束的凸优化问题,给出了优化保成本容错控制器的设计方法．仿真实例验证了这个设计法的有效性．     

线性系统相容指标约束下的容错控制新方法

针对一类具有范数有界不确定性不满足匹配条件的线性连续系统,对易于失效的执行器进行容错控制设计,重新研究了圆域极点指标、H∞指标和H2指标约束下的满意容错控制器的设计问题.基于线性系统的极点配置理论和H2/H∞控制理论,利用线性矩阵不等式( LMI)方法,在假设失效执行器的输出为任意能量有界信号的情况下,分析了这3类指标在相容情况下的取值范围,并在相容指标约束下得到了新的满意容错控制器的设计方法,给出了满意容错控制器的具体设计步骤.所设计的满意容错控制器使闭环系统的极点在一个给定的圆域内,并且保持着系统给定的H2/H∞性能要求.     

Command-filter-based distributed containment control of nonlinear multi-agent systems with actuator failures

In this paper, the problem of distributed containment fault-tolerant control for a class of nonlinear multi-agent systems in strict-feedback form is studied. The considered nonlinear multi-agent systems are subject to unknown nonlinear functions and actuator faults with loss of effectiveness and lock-in-place. By resorting to the universal approximation capability of fuzzy logical systems, the command filtered backstepping technique and nonlinear fault-tolerant control theory, distributed controllers are designed recursively. From the Lyapunov stability theory, it is proved that all signals of the resulting closed-loop systems are cooperatively semi-globally uniformly ultimately bounded and the containment errors converge to a small neighbourhood of origin by properly tuning the design parameters. Finally, a numerical example is provided to show the effectiveness of the proposed control method.