少保守性网络化控制系统鲁棒保性能容错控制

研究了一类具有参数不确定性网络化控制系统的鲁棒保性能容错控制问题。同时考虑时变时延和丢包的影响,基于状态多时延模型,推证出了确保闭环系统在执行器或传感器发生失效故障时具有鲁棒保性能容错的时滞依赖充分条件,并以求解线性矩阵不等式(LMIs)的方式给出了最优控制器的设计方法。由于新模型中引入了时延下界,且在证明过程中未进行模型转换和交叉项放大处理,加上适当自由权矩阵的引入,都减少了结果的保守性,提升了容错满意度。最后以一仿真示例验证了文中所述方法的有效性。研究了一类具有参数不确定性网络化控制系统的鲁棒保性能容错控制问题。同时考虑时变时延和丢包的影响,基于状态多时延模型,推证出了确保闭环系统在执行器或传感器发生失效故障时具有鲁棒保性能容错的时滞依赖充分条件,并以求解线性矩阵不等式(LMIs)的方式给出了最优控制器的设计方法。由于新模型中引入了时延下界,且在证明过程中未进行模型转换和交叉项放大处理,加上适当自由权矩阵的引入,都减少了结果的保守性,提升了容错满意度。最后以一仿真示例验证了文中所述方法的有效性。     

基于Lyapunov函数的非线性系统自适应容错控制研究

在系统的非线性函数、外界扰动、建模不确定性以及外界未知故障输入上界均未知的情况下,构造了新颖的Lyapunov函数,基于鲁棒白适应观测器设计了新的自适应容错控制器,所设计的自适应控制器可使闭环系统渐近稳定。仿真算例表明了该方法的有效性和优越性。     

无人机编队保持反步容错控制

针对领导-跟随无人机编队中的执行器故障、不确定气动参数和外界扰动等问题,设计了无人机编队保持反步容错控制。建立了编队纵向、编队横向和编队高度三维误差模型,并将无人机本体方程分为快慢两个回路,建立包含外界扰动、不确定气动参数及执行器故障的无人机运动模型;设计内环容错控制系统,对编队外环控制器产生的指令信号进行跟踪。内环容错控制系统主要由3个部分组成：一是基于滑模观测器的故障检测和辨识,实现对故障执行器的定位和故障参数的辨识;二是将故障参数及干扰观测器与反步容错控制相结合,实现包容外界扰动、不确定气动参数和执行器故障的容错控制;三是内环容错控制系统稳定性分析。仿真结果表明,所提容错控制方法能够有效地实现无人机编队的飞行容错控制。     

基于反步的高超声速飞行器的容错跟踪控制

针对高超声速飞行器在参数不确定和执行器故障多重约束下的纵向控制问题,基于非线性干扰观测器,采用自适应反步控制方法和动态逆控制方法分别对高度子系统和速度子系统设计控制器。在控制器的设计过程中,针对高度子系统执行器故障和迟滞问题,引入自适应控制,实现了对执行器非线性的补偿。此外,针对常规反步法存在微分膨胀的问题,应用动态面控制技术以避免对虚拟控制量进行反复求导,简化了控制器的设计。然后,利用Lyapunov稳定性理论对飞行器控制系统稳定性进行分析。最后,仿真结果表明该控制方案可以有效地补偿执行器非线性对系统的影响,设计的控制器能够使飞行器快速跟踪给定的参考轨迹。     

高超声速飞行器的自适应容错控制

针对高超声速飞行器同时存在多源干扰和执行机构故障的问题,提出一种自适应容错控制策略,建立多源干扰和执行机构故障同时存在的飞行器模型.设计一种自适应可重构复合控制器,通过动态调节控制器参数补偿执行机构故障对姿态控制系统的影响.对多源干扰的上界进行估计,并结合双曲正切函数补偿多源干扰的影响,使得所设计的控制器在多源干扰和执...     

飞航导弹执行器故障容错控制系统研究

针对传统飞航导弹控制系统对执行器故障容错能力较弱,而执行器故障模型难以在线快速准确辨识等问题,将直接自适应控制和传统控制方法相结合,设计了一种飞航导弹主动容错控制系统.可以在不知道确切故障信息的情况下,补偿修复故障发生后的控制信号,保证导弹仍能恢复一定的飞行性能.以某型导弹纵向控制回路为例,模拟升降舵执行器执行机构退化、效率降低等故障进行了数字仿真.结果表明,与传统的控制方法相比,该容错控制系统可以在不改变基本控制律的前提下,较好地修复控制信号,使系统跟随参考模型.     

垂直起降火箭垂直返回段自适应容错控制算法

针对垂直起降火箭(VTVL)返回段的容错控制问题,设计了自适应的快速故障检测与可重构控制算法。它由一个基本控制器、执行器动力学模块、可重构控制器和一个离散化的故障检测(FDI)模块构成,能够应对单个或多个执行器卡死或失效故障。针对火箭返回段弹道设计了参考模型并对垂直起降火箭的动力学模型进行了建模。在单个或多个执行器卡死或失效故障条件下的仿真结果表明,该算法能够快速进行故障检测并进行可重构控制。     

基于模糊多模型结构的飞行控制系统执行器故障诊断

为了解决一类飞行控制系统执行器故障诊断问题,本文将Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型与多模型技术相结合,提出了一种模糊多模型方法。该方法的特点是:利用T-S模糊模型对非线性系统进行描述、建模;根据特定的故障,利用多模型技术建立了局部自适应未知输入观测器。通过所提出的诊断方法,当飞行控制系统的执行器发生故障时,故障参数能被在线逼近,使所设计的模糊自适应未知输入观测器模型与系统故障状态匹配,从而达到故障检测的目的。利用某飞机模型进行的仿真,表明了本文方法的有效性。     

高超声速飞行器舵面故障Nussbaum增益自适应容错控制

针对双舵面的高超声速飞行器的纵向模型,并且考虑到舵面故障和系统参数不确定的问题,设计自适应容错跟踪控制器。首先,对于高度子系统,由于系统中存在不确定量,对其参数化并设计自适应估计律,再通过反馈线性化设计理想控制信号。其次,考虑到舵面故障,根据推导得到的容错参数与故障参数的匹配条件,得到对容错参数的约束条件,并且运用Nussbaum增益函数自适应估计由舵面故障引起的不确定控制方向。自适应容错高度跟踪控制律设计完成后,运用Lyapunov稳定性理论验证了整个闭环控制系统的稳定性。同样的控制方案也可被应用在速度跟踪控制器的设计上。最后,仿真结果进一步说明控制器设计的合理有效性。     

航空弹药PID 自适应控制系统设计

针对某航空弹药飞行特点,在采用传统的 PID 控制器设计方法的基础上,引入一种自适应控制系统方案。该方案采用合理的自适应律,对稳定回路的反馈控制参数进行在线调整,使系统的动态性能和稳态精度满足设计要求。数学仿真表明,在简化模型基础上设计的 PID 自适应控制器,可以应用于非线性复杂弹体的制导与控制系统中。     

基于观测器的飞行器鲁棒故障诊断与容错控制方法

针对传统自适应故障估计观测器难于处理存在未知扰动的不确定性系统和无法准确和快速估计时变故障等问题,提出了一种新型的基于自适应故障估计观测器的容错控制系统设计方法。该方法构造增广误差系统,利用线性矩阵不等式（LMI）表述的多目标约束算法,有效抑制了干扰对系统设计的影响,并基于系统状态和故障的实时估计信息,设计了状态反馈容错控制器,使得系统在出现故障时仍可确保稳定性。最后通过仿真实验验证了该算法对时变故障估计的准确性、快速性及故障模式下系统的稳定性。     

简单自适应鲁棒飞行重构控制律研究

提出一种基于简单自适应控制的重构控制律设计方法,用于提高飞行重构控制系统的鲁棒性和抗干扰性。针对故障飞行控制系统,设计了一种包含一个基本控制器和一个简单自适应控制器的重构控制器。在基本控制器中,应用具有预定稳定度的线性二次型指标最优控制,以改善系统的稳定性;在简单自适应控制器中,引入并联前馈补偿器,保证故障飞行控制系统满足正实性要求,并将其转化为同时镇定问题,利用YALMIP工具箱进行了求解。以某型飞机侧向飞行控制系统为例,针对系统参数变化和承受有界干扰情况,对所提出的方法进行了仿真分析,结果表明该重构飞行控制系统在跟踪参考输入信号时具有较好的鲁棒性和较强的适应能力。     

抵御执行器故障的满意容错控制

针对不确定性不满足匹配条件的线性离散系统,研究了执行器失效后满足H2性能指标和H∞扰动约束的二次D-稳定满意容错控制问题。在连续型增益故障模型下,建立了容错控制中期望指标的相容性方法,分析了与H∞指标相容的H2性能指标的取值范围。同时给出了二次D-稳定满意容错控制器存在的充分条件,并在相容指标约束下给出了控制器的构造性设计方法。     

一类非线性系统的模糊可靠H∞输出跟踪控制

研究了一类非线性系统的可靠H∞输出跟踪控制问题。基于T-S模糊模型方法,在执行器发生故障的情况下,设计可靠控制器,使系统输出能跟踪参考信号,且跟踪误差满足给定的H∞跟踪性能。应用LMI方法,得到了非线性系统实现H∞输出跟踪的充分条件,以及相应的可靠控制器的设计方法。仿真结果表明所设计控制器的正确有效性。     

基于平衡流形展开模型的涡扇发动机传感器容错控制

基于某型涡扇发动机平衡流形展开模型设计了一种传感器容错控制方案。首先,利用非线性系统平衡流形建模理论建立某型涡扇发动机性能仿真模型。然后,利用该模型在线估计传感器输出,并根据解析冗余方法,重构故障传感器的输出。最后,针对传感器常见典型故障进行了故障容错控制过程仿真。仿真结果表明,所研究的方法能及时、有效的检测到故障传感器,并实现容错控制,表明该方案的可行性。     

基于重构容错的智能水下机器人定深运动控制

为保证智能水下机器人（AUV）在部分运动执行器出现故障的情况下,仍可在一定深度下顺利完成相应任务,提出一种定深容错运动控制策略。该控制策略针对某型智能水下机器人垂向推进器的故障,从实用角度出发,基于重构容错控制思想,同时结合自抗扰控制（ADRC）方法进行具体的控制器设计和实现。该控制策略中包括两种定深控制器设计,分别为垂推正常工况下和垂推故障情况下的定深控制,试图依靠相关故障信息,通过重构替换实现容错控制。在仿真实验中,该控制策略于不同环境干扰下进行了相应测试,并与结合PID方法的定深控制器进行了比较。结果表明,基于重构容错控制思想,并结合自抗扰控制方法的定深容错控制策略不仅有效,同时具有更好的抑制干扰作用,从而可以为机器人提供更优的控制效果。     

虚假数据注入攻击下的自适应补偿控制

针对信息物理系统的虚假数据注入、执行器受到攻击问题,提出系统执行器在受到常值虚假数据注入攻击与有界时变虚假数据注入攻击时的自适应补偿控制器设计方法。自适应补偿控制算法应用于虚假数据注入攻击中,所设计的自适应律具有收敛速度快、估计参数准确等优点。该补偿控制算法能够基本上补偿虚假数据注入攻击产生的影响,可以证明最终闭环系统的所有信号是有界的并且系统状态能够渐近收敛到0. 仿真实例验证了状态反馈自适应补偿控制器的有效性。     

基于变论域理论的BTT导弹模糊自适应控制

针对BTT导弹控制系统所具有的非线性、快时变性以及模型不确定性问题,研究了一种基于变论域的模糊自适应控制器。通过选取合适的论域伸缩因子,提高控制精度;利用模糊模型逼近控制系统的非线性部分,采用李亚普诺夫方法证明所设计的非线性控制系统的渐进稳定性并推导出自适应律。最后对控制器进行了仿真验证,仿真结果表明跟踪性能良好。     

被动式电液力伺服系统的自适应反步滑模控制

针对被动式电液力伺服系统存在固有的多余力矩、控制伺服阀的非线性以及参数时变性问题,提出一种自适应反步滑模控制策略。建立系统的非线性状态空间方程;基于反步控制理论思想,通过3步递推法设计系统的反步控制器;在反步法递推的第3步结合滑模控制方法,选择合适的Lyapunov函数,给出系统不确定参数的自适应律,设计出非线性自适应反步滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性定理对所设计的控制器稳定性进行证明。仿真和实验结果表明,该控制器能够有效地抑制多余力矩,并且对参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性。     

非线性时滞系统的鲁棒完整性容错控制

基于观测器方法，研究了一类具有状态滞后和不确定性的非线性系统的鲁棒完整性容错控制问题。非线性函数满足Lipschitz条件。利用Lyapunov稳定性理论，针对传感器发生故障情况，提出了系统渐近稳定的充分条件和相应的鲁棒完整性容错控制器的设计方法。结果以LMI形式给出，易于求解。最后的数值算例和仿真结果证明了该方法的有效性。