多性能指标约束与条件约束下的满意容错控制

摘要

容错控制理论的研究已有近40年的历史，虽然取得了很多成果，但是目前大多数设计方法都很少考虑实际系统运行中各种限制条件的约束，难以满足实际工程对容错控制技术的需求。为此，本文提出多性能指标约束与多条件约束下的满意容错控制，以期建立和发展满意容错控制的相容性理论与控制策略，研究多种条件约束和多种性能指标约束下的满意容错控制器设计方法，丰富容错控制理论的内容，推动容错控制的工程实用化，为工程设计人员选定合理的容错控制目标提供理论依据。本文的主要研究成果如下：
　　 (1)提出了一种极点指标约束下鲁棒H∞保性能满意容错控制方法。利用圆盘极点区域的特性，将圆盘的极点约束、鲁棒H∞性能指标和保性能指标要求有机地结合在一起，针对一类数值界不确定性不满足强匹配条件的线性不确定系统，降低了满意容错控制器设计的保守性。分析了容错控制中三类期望指标的相容条件，给出了相容指标约束下控制器存在的充分条件和设计步骤。
　　 (2)提出了一种静态输出反馈控制下，线性不确定系统具有可配置极点、方差指标和H∞指标约束的满意容错控制增益求解策略。分析了与可配置极点指标相容的方差指标和H∞指标的取值范围，并在指标相容的基础上给出了容错控制器的设计方法。
　　 (3)研究了在控制约束和能耗约束下的满意容错控制问题。针对一类线性不确定系统，提出了满足极点指标、方差指标和H∞性能指标并具有最小能量的动态输出反馈满意容错控制系统设计方法；对一类数值界不确定系统在控制输入、圆盘极点和H。。扰动衰减指标约束下具有最小控制能量的满意容错控制器求解方法进行了研究。
　　 (4)提出了一种基于多参数依赖的模糊Lyapunov函数设计模糊非线性系统多条件约束下的满意容错控制方法。在控制输入、区域极点指标、H∞扰动衰减指标和保性能指标约束下，引入增加自由度的松弛变量设计容错控制器，避免了在不同的故障模型和子系统下使用相同的Lyapunov矩阵变量，降低了设计的保守性；并给出了一类模糊动态非线性系统在多性能指标和多条件约束下的满意容错控制策略。
　　 (5)研究了时滞不确定非线性系统具有相容指标约束的满意容错控制问题。提出了一种含有时滞记忆的鲁棒H∞满意容错控制系统的设计方法，分析了鲁棒性能与H∞扰动衰减性能的相容性理论，并在指标相容的基础上给出了满意容错控制器的设计方法；对依赖于时滞的时变非线性系统，给出了执行器故障下的鲁棒H∞满意容错控制策略。
　　 最后，在总结全文工作的基础上，给出了本文后续需进一步探讨的一些问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文的研究背景与意义

1.2国内外容错控制理论的研究现状

1.3容错控制理论近期研究的热点和一些新成果

1.4本课题的提出

1.5论文的研究内容与结构

2极点指标约束下鲁棒H∞保性能满意容错控制

2.1连续系统多约束下的状态反馈满意容错控制

2.1.1问题描述

2.1.2主要结果和证明

2.1.3仿真算例

2.2离散系统多约束下的状态反馈满意容错控制

2.2.1问题描述

2.2.2主要结果和证明

2.2.3仿真算例

2.3不确定系统多约束下的动态输出反馈满意容错控制

2.3.1问题描述

2.3.2主要结果和证明

2.3.3仿真算例

2.4小结

3圆形极点、方差指标与H∞性能指标约束下的静态输出反馈满意容错控制

3.1连续系统的静态输出反馈满意容错控制

3.1.1问题描述

3.1.2主要结果和证明

3.1.3仿真算例

3.2离散系统的静态输出反馈满意容错控制

3.2.1问题描述

3.2.2主要结果和证明

3.2.3仿真算例

3.3小结

4具有控制输入约束和能耗约束的满意容错控制

4.1具有最小能量的满意容错控制

4.1.1问题描述

4.1.2主要结果和证明

4.1.3仿真算例

4.2控制输入约束下具有最小能量的满意容错控制

4.2.1问题描述

4.2.2主要结果和证明

4.2.3数值算例

4.3小结

5多条件约束下非线性系统的满意容错控制

5.1离散非线性系统多条件约束下的满意容错控制

5.1.1问题描述

5.1.2主要结果和证明

5.1.3仿真算例

5.2连续非线性系统多条件约束下的满意容错控制

5.2.1问题描述

5.2.2主要结果和证明

5.2.3仿真算例

5.3模糊动态非线性系统的满意容错控制

5.3.1问题描述

5.3.2主要结果和证明

5.3.3仿真算例

5.4小结

6时滞非线性系统的满意容错控制

6.1时滞独立非线性系统的满意容错控制

6.1.1问题描述

6.1.2主要结果和证明

6.1.3仿真算例

6.2时滞依赖非线性系统的满意容错控制

6.2.1问题描述

6.2.2主要结果和证明

6.2.3数值算例

6.3小结

7总结与展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间论文发表和科研项目参与情况