互联系统的分散式故障诊断与容错控制设计

摘要

在复杂系统中，可靠性和性能一样重要。故障可能会彻底改变系统行为，从性能降级一直到系统不稳定。容错控制(Fault Tolerant Control,FTC)就是为了达到系统目标，或者当系统目标无法达到时，给定新的(可达到的)目标以避免灾难性的行为发生。对于所有的系统来说，即使是在故障发生时，都能够以一个可接受的性能运行是必要的，互联系统也不例外。本文以互联系统为研究对象，利用分散式的控制结构进行故障的诊断与容错控制设计，对于互联系统的容错控制研究具有重大的指导意义。
　　本课题来源于国家自然科学基金项目，针对互联系统进行分散式的故障诊断与容错控制研究。文中首先回顾了互联系统的故障诊断与容错控制方面的研究现状，给出了针对互联系统的容错控制的相关研究成果，着重介绍了故障、容错控制以及互联系统的相关概念和互联系统的三种主要控制方法：集中式控制方法、分布式控制方法和分散式控制方法。基于现有的相关研究成果，本文研究了一类线性互联系统、一类非线性互联系统的分散式故障诊断与容错控制的相关问题，其中主要包括：
　　(1)一类线性互联系统的分散式故障诊断与容错控制。首先针对线性互联系统，从简单的线性情况出发考虑，在存在过程故障/执行器故障和耦合故障的情况下，设计分散式故障诊断观测器和分散式容错控制器，利用回路小增益原理消除耦合的影响，最终使得系统的状态能够收敛到原点，可以证明整个互联系统最终是稳定的。
　　(2)一类非线性互联系统的分散式故障诊断与容错控制。从线性互联系统的情况推广到非线性互联系统，同样设计分散式故障诊断观测器诊断故障和状态信息，设计分散式容错控制器进行容错控制，利用回路小增益原理消除耦合带来的影响，最终使得系统的状态收敛到原点附近一个任意小的邻域里面，整个互联系统最终得以稳定。最终通过一个三级倒立摆的实例来阐明所设计的容错控制方法的有效性。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 互联系统容错控制的研究现状

1.4 论文主要内容及结构安排

第二章 预备知识介绍

2.1 引言

2.2 互联系统容错控制的基本结构和主要思想

2.3 机械互联系统容错控制

2.4 网络互联系统容错控制

2.5 模型虚拟互联系统容错控制

2.6 本章小结

第三章 线性互联系统的分散式故障诊断与容错控制

3.1 引言

3.2 稳定性相关知识

3.3 问题描述

3.4 分散式故障诊断观测器设计

3.5 分散式容错控制器设计

3.6 本章小结

第四章 非线性互联系统的分散式故障诊断与容错控制

4.1 引言

4.2 问题描述

4.3 分散式故障诊断观测器设计

4.4分散式容错控制器设计

4.5 仿真分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文