網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障檢測與容錯控制.pdf

1、本文研究了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(networked control systems，NCSs)的故障檢測與容錯控制，主要內(nèi)容如下：
　　 (1)研究了具有輸出短時延和控制短時延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障檢測與保成本容錯控制問題。針對具有輸出短時延和控制短時延的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，假設(shè)系統(tǒng)傳感器節(jié)點和控制器節(jié)點采用時間驅(qū)動，執(zhí)行器節(jié)點采用事件驅(qū)動，將系統(tǒng)建模為具有參數(shù)不確定性的離散系統(tǒng)。首先考慮系統(tǒng)具有外在干擾情況下的故障檢測問題，按照時延補償策略設(shè)

2、計了系統(tǒng)的魯棒H∞故障觀測器，利用Lyapunov方法和矩陣不等式方法，給出了觀測器系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件，并對檢測的魯棒性和靈敏度進行了綜合分析。接著考慮系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)包丟失情況下的故障檢測問題，設(shè)計了基于開環(huán)觀測和閉環(huán)觀測相結(jié)合的故障觀測器，在數(shù)據(jù)包丟失率一定的情況下，將觀測器誤差系統(tǒng)等效為具有事件發(fā)生率約束的異步動態(tài)系統(tǒng)，基于異步動態(tài)系統(tǒng)理論和矩陣不等式方法，給出了系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性條件。然后基于觀測器研究了具有輸出短時延和控制短時延的網(wǎng)絡(luò)

3、控制系統(tǒng)傳感器失效的完整性問題。按照時延補償策略設(shè)計了系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器。然后考慮可能發(fā)生的傳感器故障，基于觀測器建立了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)增廣模型，針對二次型性能指標函數(shù)，利用控制器和觀測器協(xié)同設(shè)計方法和矩陣不等式方法，得出了系統(tǒng)完整性條件，并給出了系統(tǒng)的保成本容錯控制器和觀測器的設(shè)計方法。
　　 (2)研究了長時延網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障檢測與保成本容錯控制問題。首先考慮具有輸出長時延和數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的故障檢測問題，考慮執(zhí)行器和傳

4、感器之間存在采樣時鐘異步的情況，建立了系統(tǒng)離散數(shù)學(xué)模型，根據(jù)控制器接收數(shù)據(jù)包的情況，設(shè)計了系統(tǒng)的故障觀測器，并將觀測器誤差系統(tǒng)建模為一類具有不確定性的離散切換系統(tǒng)，基于切換系統(tǒng)理論和矩陣不等式方法給出了系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件。然后基于觀測器，分別按照系統(tǒng)具有控制時延和同時具有控制時延和輸出時延的情況，研究了長時延網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)傳感器失效的完整性問題。當(dāng)系統(tǒng)具有控制時延時，設(shè)計了系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器，當(dāng)系統(tǒng)同時具有控制時延和輸出時延時，設(shè)計了系統(tǒng)的時

5、延補償狀態(tài)觀測器，考慮可能發(fā)生的傳感器故障，基于觀測器分別建立了兩種情況下的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)增廣模型，針對二次型性能指標函數(shù)，利用控制器和觀測器協(xié)同設(shè)計方法和矩陣不等式方法，分別得出了系統(tǒng)完整性條件，給出了系統(tǒng)的保成本容錯控制器和觀測器的設(shè)計方法。
　　 (3)研究了非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的容錯控制問題。針對被控對象可由Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型描述的非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延為時變不確定短時延時，將系統(tǒng)建模為

6、一類具有參數(shù)不確定性的T-S模糊模型。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了系統(tǒng)的模糊狀態(tài)觀測器，考慮到可能發(fā)生的傳感器故障，利用模糊控制理論和矩陣不等式方法，得出了觀測器系統(tǒng)在傳感器故障時具有完整性的充分條件，并給出了模糊容錯控制器和模糊觀測器的設(shè)計方法。進一步地，研究了系統(tǒng)的H∞容錯控制問題，給出了使系統(tǒng)滿足擾動抑制性能指標的模糊容錯控制器和模糊觀測器設(shè)計方法。
　　 (4)研究了基于連續(xù)時間模型的變采樣網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的容錯控制問題。假設(shè)系統(tǒng)時變

7、時延和采樣間隔均有上界，利用混雜系統(tǒng)理論將系統(tǒng)建模為混雜系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，考慮可能發(fā)生的執(zhí)行器故障，應(yīng)用Lyapunov穩(wěn)定性理論和矩陣不等式方法，得出了保成本容錯控制律的存在條件，給出了保成本容錯控制器的設(shè)計方法和最小性能界的求解方法。然后考慮系統(tǒng)具有不確定性參數(shù)，研究了系統(tǒng)魯棒容錯控制器設(shè)計問題，給出了系統(tǒng)魯棒容錯控制器設(shè)計方法和系統(tǒng)完整性條件下最大時延估計值。進一步研究了系統(tǒng)的魯棒H∞容錯控制問題，給出了使系統(tǒng)滿足擾動抑制性能指標