基于新型滑模状态观测器的鲁棒状态估计与容错控制

摘要

现代控制系统越来越复杂，为了保证系统的稳定运行，维持期望的生产效率，故障诊断与容错控制愈发受到关注。常规的故障诊断手段是利用系统的测量输出与观测器的观测输出之间的残差信号，利用决策手段断定系统有无故障发生，若有故障发生，还需给出故障发生的具体位置，以方便操作人员调试。最近几年，故障重构方法作为残差法的有力替代，被学者们进行了广泛研究。故障重构方法不仅能够检测、分离出系统故障，还能够对故障信号进行重构，给出故障信号的估计。
　　本文总结当前的研究成果，针对较复杂动态系统的故障重构问题，结合了滑模观测器的鲁棒性与比例微分控制的灵活性设计了一种新型滑模观测器。本文主体包括以下几个部分：
　　1.首先对具有李普希兹非线性的动态系统设计鲁棒滑模观测器，研究了将扰动信号以及原系统状态增广到新的广义系统中的增广方法。在此基础上研究了闭环系统控制器的设计问题，并给出了闭环系统以及误差系统的稳定性条件。
　　2.将新型滑模观测器扩展到马尔科夫跳变系统，研究了针对马尔科夫模态不断跳变情况下的随机稳定性定义。并且利用弱无穷算子分析了闭环反馈系统以及误差动态系统的稳定性的条件。
　　3.设计了针对马尔科夫跳变系统的故障重构以及容错控制方法。利用比例微分滑模观测器，重构系统的传感器故障以及执行器故障，估计出环境扰动，从而利用恰当的反馈控制器实现容错控制。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 本课题的研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 文献综述

1.4 本文主要内容安排

第2章 李普希兹非线性系统的鲁棒控制

2.1 问题陈述

2.2 广义增广系统的建立

2.3 观测器以及误差动态系统的建立

2.4 观测器设计

2.5 反馈控制律设计

2.6 数值仿真

2.7 本章小结

第3章 马尔科夫跳变系统的容错控制

3.1 问题陈述

3.2 系统模型变换

3.3 滑模观测器以及误差动态系统的建立

3.4 滑模观测器的设计

3.5 基于观测器的反馈控制器设计

3.6 数值仿真

3.7 本章小结

第4章 马尔科夫跳变系统的传感器与执行器故障协同容错控制

4.1 问题陈述

4.2 广义增广系统的构造

4.3 观测器动态系统设计

4.4 闭环系统稳定性分析

4.5 滑模面的可达性分析

4.6 数值仿真

4.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢