执行器故障下自适应容错控制算法研究

摘要

容错技术是指系统对故障的容忍技术，它使系统在发生故障的情况下，能够自动诊断和检测，并能够采取相应的措施自动补偿故障的影响以保证故障系统维持在规定的性能或可接受范围内的技术。由于长期不间断的执行控制任务，执行器是最容易发生故障的环节。在系统的容错控制设计中，对执行器的容错策略应是考虑的重中之重。
　　本文综合考虑执行器恒增益变化和执行器卡死的故障形式，分析执行器部分失效和全失效的故障情况，分别应用单输入单输出和多输入单输出参考模型，设计基于状态反馈的模型参考自适应控制算法。考虑系统外界扰动和执行器扰动对系统的影响，在状态反馈的基础上对系统进行自适应补偿控制。当执行器故障时，在线辨识恒增益变化率，通过设计自适应律对状态反馈矩阵参数、执行器卡死补偿和系统扰动补偿进行在线调整，保证了系统发生故障后仍能够达到稳定状态。最后，通过数值仿真示例，证明了所设计算法的有效性。
　　本文还对输出跟随线性系统提出误差反馈控制器的设计。通过分析广义误差系统设计自适应律。在线辨识恒增益变化律，通过设计执行器卡死补偿和系统扰动补偿进行在线调整，同样保证了系统发生故障后仍能够达到稳定状态。最后通过数值仿真示例，证明了所设计算法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景与意义

1．2 容错控制的理论综述

1．2．1 容错控制技术的发展历程

1．2．2 容错控制技术的研究现状

1．2．3 经典容错控制方法

1．3 自适应控制理论和技术综述

1．3．1 自适应控制理论的发展历史

1．3．2 模型参考自适应控制系统发展概况

1．3．3 自适应控制原理

1．3．4 自适应控制系统的分类

1．4 自适应控制技术在容错控制中的应用

1．4．1 基于自校正自适应方法的容错控制

1．4．2 基于模型参考自适应方法的容错控制

1．5 本文各章内容安排

第2章 故障模型及自适应控制基本理论

2．1 引言

2．2 系统故障的数学方法

2．2．1 故障模型

2．2．2 执行器故障建模

2．2．3 故障系统模型

2．3 用李雅普诺夫稳定理论设计模型参考自适应系统

2．3．1 Lyapunov第二法

2．3．2 用李雅普诺夫稳定性理论设计模型参考自适应系统

2．4 本章小结

第3章 基于参考模型的状态反馈自适应容错控制

3．1 引言

3．2 带有外界扰动和执行器扰动的单输入系统的模型参考自适应容错控制

3．2．1 问题描述

3．2．2 单输入参考模型的模型匹配

3．2．3 基于状态反馈的自适应容错控制器设计

3．2．4 仿真实验

3．3 带有外界扰动和执行器扰动的多输入系统的模型参考自适应容错控制

3．3．1 问题描述

3．3．2 多输入参考模型的模型匹配

3．3．3 基于状态反馈的自适应容错控制器的设计

3．3．4 仿真实验

3．4 本章小结

第4章 线性跟踪系统的自适应容错控制

4．1 引言

4．2 系统模型

4．3 控制器的设计

4．3．1 针对执行器恒增益变化系数p(t)的控制器设计

4．3．2 针对执行器卡死故障的补偿设计

4．3．3 针对外界扰动和执行器扰动的补偿设计

4．4 仿真实验

4．4．1 仿真算例

4．4．2 仿真结果

4．4．3 仿真实验结果

4．5 本章小结

第5章 全文总结

参考文献

致谢