線性時(shí)滯系統(tǒng)魯棒H-,∞-故障估計(jì)與主動(dòng)容錯(cuò)控制.pdf

1、時(shí)滯廣泛存在于各類工業(yè)系統(tǒng)中,不僅是系統(tǒng)不穩(wěn)定的主要因?yàn)?也常常是導(dǎo)致實(shí)際控制系統(tǒng)性能惡化的主要因素。隨著生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)于設(shè)備和被控系統(tǒng)安全性、可靠性要求的不斷提高,時(shí)滯系統(tǒng)故障估計(jì)與主動(dòng)容錯(cuò)控制問題己引起國際自動(dòng)控制界的廣泛關(guān)注。此外,目前取得的相關(guān)成果幾乎都集中在全頻范圍內(nèi),但在實(shí)際中,特別是航空航天領(lǐng)域和化工過程中,故障通常發(fā)生在低頻范圍內(nèi)。對(duì)于有限頻域內(nèi)時(shí)滯系統(tǒng)故障估計(jì)與主動(dòng)容錯(cuò)控制的研究具有重要意義。本論文分別針對(duì)幾類不同的時(shí)滯系

2、統(tǒng),在全頻范圍內(nèi)和有限頻域內(nèi)開展基于觀測器的魯棒H∞故障估計(jì)與主動(dòng)容錯(cuò)控制問題研究,論文的主要研究工作及創(chuàng)新之處如下:
　　 1.基于H∞濾波思想,研究了受非線性攝動(dòng)影響的時(shí)滯系統(tǒng)魯棒H∞故障估計(jì)問題。設(shè)計(jì)基于觀測器的故障檢測濾波器作為故障估計(jì)器,通過選取適當(dāng)?shù)募訖?quán)函數(shù),將魯棒H∞故障估計(jì)問題轉(zhuǎn)化為H∞濾波問題。構(gòu)造Lyapunov-Krasovskii泛函,推導(dǎo)并證明故障檢測濾波器存在的依賴于時(shí)滯的充分條件。分別利用不等式技術(shù)

3、和錐形補(bǔ)方法,給出求解觀測器增益矩陣的算法。
　　 2.基于廣義坐標(biāo)變換,提出一種線性時(shí)滯系統(tǒng)H∞故障估計(jì)的有限頻域方法。利用廣義Kalman-Yakubovich-Popov引理,給出H∞故障估計(jì)器滿足有限頻域估計(jì)性能的充分條件和觀測器增益矩陣的解。因?yàn)槌浞挚紤]了可能發(fā)生故障的頻率范圍,提出的有限頻域方法比傳統(tǒng)的全頻方法具有更好的估計(jì)效果。
　　 3.采用一種具有廣義內(nèi)模控制結(jié)構(gòu)的反饋控制器,研究一類線性時(shí)滯系統(tǒng)的H∞

4、故障估計(jì)與補(bǔ)償問題。提出一種反映故障動(dòng)態(tài)行為的參考故障模型,應(yīng)用基于觀測器的故障估計(jì)器在線估計(jì)故障,并將故障估計(jì)用于反饋控制的故障補(bǔ)償。分別通過常規(guī)方法和采用時(shí)滯分解方法選取Lyapunov-Krasovskii泛函,推導(dǎo)并證明問題可解的充分條件,最后給出主動(dòng)容錯(cuò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。利用時(shí)滯分解方法,隨著時(shí)滯分解區(qū)間的增多,允許的最大時(shí)滯增大,保守性減小。
　　 4.提出一種線性時(shí)滯系統(tǒng)H∞故障估計(jì)與補(bǔ)償?shù)挠邢揞l域方法。采用基于

5、廣義內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)的H∞控制器和基于觀測器的故障估計(jì)器,將故障估計(jì)用于反饋控制的故障補(bǔ)償。利用時(shí)滯系統(tǒng)的廣義Kalman-Yakubovich-Popov引理,推導(dǎo)并證明了問題可解的充分條件,給出了主動(dòng)容錯(cuò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。因?yàn)槌浞挚紤]了可能發(fā)生故障的頻率范圍,提出的有限頻域方法比傳統(tǒng)的全頻方法具有更好的控制效果。
　　 5.提出一種基于殘差反饋的主動(dòng)容錯(cuò)控制器形式,即采用殘差而不是故障估計(jì)來構(gòu)造主動(dòng)容錯(cuò)控制器并對(duì)故障進(jìn)行補(bǔ)償。