基于自适应方法的非线性系统容错控制

摘要

现代工程系统正朝着大规模、复杂化的方向发展，系统安全性和可靠性的要求越来越高。然而，控制系统的某些元部件不可避免的发生故障，并且工程系统中一般存在非线性特性，这使得上述要求较难满足。因此，非线性系统的容错控制越来越受到重视，也是当前国际学术界所关注的热点和难点之一。本论文在现有文献的基础上，基于自适应方法，研究了非线性系统容错控制问题。主要研究工作归结如下：
　　首先，论文研究了一类具有时变时延，且非线性项上界未知的非线性系统的自适应观测器和自适应容错控制器的设计问题。利用自适应观测器进行实时故障诊断，然后根据在线诊断信息，构造自适应容错控制器。利用Lyapunov稳定性理论，证明了闭环系统在正常情况和故障情况下都是渐近稳定的。
　　其次，提出了一种新的非线性系统自适应容错控制方法。在系统的非线性函数、外界扰动、建模不确定性和外界故障输入的上界都未知的情况下，通过构造新颖的Lyapunov函数，基于鲁棒自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。并且，与已有文献方法相比，所提出的方法可以使闭环系统的动态性能更好。
　　接着，研究了一类具有不对称执行器死区故障的非线性系统的跟踪控制问题。基于扩张观测器，提出了一种新的自适应跟踪控制方法。取消了系统所有状态完全可测的限制。在死区模型参数以及系统非线性不确定项上界都未知的情况下，所设计的自适应控制器，可以很好的消除执行器死区故障的影响，保证跟踪误差有界。而且，通过选择合适的设计参数，可以很好的消除控制器的抖振现象。
　　最后，研究了一类不匹配非线性系统的跟踪容错控制问题。考虑执行器死区故障，基于反步递推(Backstepping)设计方法，提出了自适应容错控制器的设计方法，保证了故障闭环系统跟踪误差一致最终有界。并且进一步给出了光滑控制器的设计方法。

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第1章 绪论

1.1 本课题的研究背景和意义

1.2 研究现状分析

1.3 论文的研究内容和结构安排

第2章 一类非线性时滞系统基于观测器的自适应容错控制

2.1 引言

2.2 系统描述

2.3 自适应观测器和容错控制器设计

2.4 仿真研究

2.5 本章小结

第3章 一种新的非线性系统自适应容错控制方法

3.1 引言

3.2 系统描述

3.3 观测器和基于观测器的容错控制器设计

3.4 仿真研究

3.5 本章小结

第4章 非线性系统执行器死区故障的跟踪控制

4.1 引言

4.2 系统及故障模型描述

4.3 主要结果

4.4 仿真研究

4.5 本章小结

第5章 不匹配非线性系统执行器死区故障的容错控制

5.1 引言

5.2 系统模型描述和预备知识

5.3 自适应Backstepping控制器设计

5.4 仿真研究

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介