具有完整性广义系统的容错控制研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要随着生产和技术的飞速发展，控制系统的规模越来越大，包含的部件也越来越多，在长期的连续运行中，部件的失效几乎不可避免。这些故障会引起系统性能严重下降，甚至导致失控。因此，人们迫切需要提高现代系统的可靠性与安全性；容错控制则为提高复杂系统的可靠性开辟了一条新的途径。容错技术就是对系统故障的容忍技术，指当系统中一个或多个关键部件发生故障时，系统仍能安全稳定运行的性能，即系统具有完整性。对于大规模广义系统，集中控制将会使得整个控制系统信息交换异常复杂，通讯费用十分昂贵，因而使得集中控制在大系统控制方面变得非常不切实

2、际。有鉴于此，一种为克服集中控制的上述缺陷，采用分散化结构的分散控制便在上世纪70年代应运而生，并显示出十分光明的应用前景而受到控制理论界和工程界的高度重视和广泛研究。本文利用LMI和Riccati方程以及Lyapunov稳定性方程着重研究具有完整性广义系统容错控制的相关理论。其主要研究成果包括以下几个方面：1．关于广义关联系统的分散保成本控制。采用LMI方法获得了广义关联分散保成本静态输出反馈控制器存在的一个充分条件，同时构造出分散保成本控制律；使得对于此控制律设计问题最终转化为一组LMI的求解问题。2．关于广义系统对执行器故障具有

3、完整性分散控制。首先，针对广义系统的部分执行器出现故障的情况设计分散控制器，使得闭环广义系统渐近稳定；进而利用Lyapunov稳定性理论推导出控制器对于执行器故障具有完整性的条件；然后，利用LMI简化此条件；最后，将所设计的控制器用于实际数值算例，验证了所提出方法的有效性。3．一类不确定广义系统的容错控制。首先，利用LMI，设计状态反馈，使得广义系统在执行器未出现故障时渐近稳定；接着，当广义系统的执行器出现故障时，设计状态反馈使得闭环广义系统渐近稳定；进而，利用LMI，设计广义系统在状态反馈作用下具有完整性的容错控制器。同时，对于传感

4、器故障情形，设计广义系统在输出反馈作用下具有完整性的容错控制器。最后，用一个电子网络系统的例子来验证此方法的有效性。4．广义系统的圆盘区域完整性容错控制器设计。利用LMI方法得出广义系统针对传感器故障在输出反馈情形下正则，无脉冲，且其对应的闭环极点位于一给定的已知圆盘区域内的条件，即系统对故障具有D一容许。从而将期望输出反馈控制器的设计转化为一给定常数及一矩阵的可实现问题。关键词：广义系统，容错控制，分散控制，LMI，完整性。ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofproductionandtechnolog

5、y,controlsystemsaremoreandmorelargescalealsocontainsmanycomponents，inthelong。termcontinuousoperation．mecomponentfailurealmostinevitable．Thesefailurescancauseaseriousdeclineintheperformanceofthesystemsandevencausetheoutofcontr01．Therefore，itwasanurgentneedtoimprovethemod

6、ernsystemsreliabilityandsecurity；fault．tolerantcontrolwhichimprovecomplexsystemsofreliabilityopenedupanewway．Fault．toleranttechnologyisamethodologyaboutthesystemsfaulttolerance,referstowhenthesysteminoneormorekeycomponentsoffailure．thesvstemCancontinuetosafeandstableope

7、rationperformance，thatis，theintegrityofthesystem．Forlarge．scalegeneralizedsystems，centralizedcontrolwillmakethewholecontrolsystemsareverycomplexexchangedofinformation，thecostofcommunicationisveryhi曲，thusmakingcentralizedcontrolinlarge·scalesystemscon_tr．olhasbecomeveryi

8、mpractical．Inviewofthese，akindofcentralizedcontrolinordertoovercometheabove．mentionedshortcomings，theuseofdece