一类多输入多输出系统的冗余设计.pdf

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1、一类多输入多输出系统的冗余设计令朝霞一类多输入多输出系统的冗佘设计RedundancyDesignforMMOSystem舍朝霞(陕西理工学院电气工程系，陕西汉中723003)摘要：分析了多输人多输出多变量系统在某环节失效时系统的整体性，给出了针对开环传递函数矩阵以及解耦后新对象均为本质稳定对象时系统的冗余设计方法。该方法有效解决了某环节失效后对系统稳定性的影响，实现了复杂系统的容错控制。仿真结果表明，该冗余设计方法可行，能够实现系统的容错控制。关键词：多变量整体性冗余设计容错控制系统仿真控制重构中图分类号：TP29文献标志码：AAbstract：Thesy

2、stematicintegrityoftheMIMOmuhivariablesystemwhencertainelementfailedisanalyzed．Inaccordancewiththeopenloopstabletransferfunctionmatrixandnewdecoupledobjectsarestable，themethodofredundancydesignforthesystemisgiven．Themethodeffectivelyresolvedtheinfluenceonstabilitywhencertainelement

3、failedandimplementedthefaulttolerantcontrolforcomplexsystem．Theresultofsimulationindicatesthatthisredundancydesignmethodisfeasibleandcapableforimplementingfaulttolerantcontrolofthesystem．Keywords：MuhivariableIntegrityRedundancydesignFault—tolerantcontrolSystemsimulationControlrecon

4、figuration0引言在简单控制系统中，无论系统中哪个组成部分出现故障或失效，都必然会导致系统由闭环变成开环。但只要系统开环原本稳定，失效后的系统仍能够稳定运行¨。21。随着科学技术水平的不断进步和实际应用要求的逐步提高，现代系统正朝着大规模、复杂化的方向发展。由于在复杂多变量系统中存在严重耦合关系，各通道之间存在关联作用，当某环节出现故障或失效时，具有关联的各输入输出变量之间还存在其他的信息通道。因此，复杂多变量系统比单回路控制系统出现故障时要复杂得多。3。o。在多变量复杂系统中，必须保证当某环节出现故障或失效时系统的整体性，否则，一旦发生事故就有可能

5、造成人员和财产的巨大损失。因此，务必使系统在部分环节出现故障时仍能稳定工作，从而减少经济损失，提高经济效益。基于以上原因，针对多输入多输出(multi—inputandmulti—output，MIMO)复杂系统，提出了多变量系统发生故障或环节失效后系统的冗余设计方法，以实现容错控制∞“。。陕西理工学院科研基金资助项目(编号：SLGKYl0—10)。修改稿收到日期：2011—03—02。作者令朝霞，女，1974年生，2009年毕业于西安工业大学计算机科学与技术专业，获硕士学位，讲师；主要从事电路、电工电子及自动控制方面的教学与研究工作。《自动化仪表》第32卷

6、第11期2011年11月1MⅣo系统整体性研究MIMO系统整体性研究的是多变量系统中某环节发生故障时，系统是否仍然稳定。71，矩阵回差可以提供反馈系统闭环稳定性的重要信息。为分析系统在某环节发生故障或失效后系统的稳定性，分别讨论了控制系统中当测量变送器和执行器分别失效时MIMO系统的稳定性问题。①矩阵回差多变量反馈控制系统结构框图如图1所示。图1多变量反馈控制系统结构框图Fig．1Thestructurediagramofmultivariablefeedbackcontrolsystem图1中：足(S)为r维输入向量；E(S)为r维误差向量；r(s)为m维

7、输出向量；G。(s)为mXz被控对象传递函数矩阵；G。(s)为fXr控制器传递函数矩阵；G。(s)为zXr反馈传递函数矩阵。图1中，若在17,点断开，并在。点加入输入向量，而在o’点取出输出向量信号e’。，则：e7。=一G。(s)G。(s)G。(s)e。(1)口与Ⅱ’两点信号向量之差为：e。一e’。=【J+G。(s)G。(S)G。(s)]e。(2)17一类多输入多输出系统的冗余设计令朝霞式中：J为单位矩阵。关于a、b和C点的矩阵回差可分别定义为：rL(s)=[J+G。(s)G，(s)G。(s)】{瓦(s)=【“G。(s)G。(s)G，(s)](3)【t(s)

8、=[J+G。(s)G。(s)G。(s)】当系统的输入