具有執(zhí)行器隨機(jī)失效非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)容錯(cuò)控制.pdf

1、隨著人們對(duì)系統(tǒng)可靠性和安全性要求的不斷提高，容錯(cuò)控制技術(shù)受到了越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注。容錯(cuò)控制即當(dāng)系統(tǒng)中執(zhí)行器、傳感器或者系統(tǒng)其它部件發(fā)生故障后，仍能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，并使系統(tǒng)的性能指標(biāo)在一定的范圍之內(nèi)。近年來(lái)，學(xué)者們?cè)谌蒎e(cuò)控制領(lǐng)域取得了一系列的研究成果。然而已有工作大都考慮有限次執(zhí)行器故障的情況，即：在某一時(shí)刻執(zhí)行器發(fā)生故障后，在接下來(lái)的時(shí)間該執(zhí)行器將一直處于故障狀態(tài)，對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)中存在的間歇性故障，比如：飛行控制系統(tǒng)中的電子設(shè)備由于受到

2、外太空的電磁波干擾而出現(xiàn)的短暫故障、控制回路中的通信網(wǎng)絡(luò)擁塞而導(dǎo)致的故障等，已有的控制策略將不再適用。注意到間歇性故障，即：在某一時(shí)刻執(zhí)行器發(fā)生故障后，在另一時(shí)刻又可能恢復(fù)正常狀態(tài)，這就意味著執(zhí)行器可能有無(wú)窮多次故障情況發(fā)生。同時(shí)，執(zhí)行器發(fā)生故障的時(shí)間、故障類型以及故障值實(shí)質(zhì)上是未知且隨機(jī)的。對(duì)于這種具有無(wú)窮多次執(zhí)行器隨機(jī)失效的情況，目前的研究工作還很少。因此，本文研究具有執(zhí)行器隨機(jī)失效非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)容錯(cuò)控制問(wèn)題。
　　首先，

3、針對(duì)四類系統(tǒng)，即：具有Markovian向量的確定性系統(tǒng)、同時(shí)具有Markovian向量和隨機(jī)噪聲的非線性系統(tǒng)、同時(shí)具有Markovian向量和定常時(shí)延的非線性系統(tǒng)以及同時(shí)具有Markovian向量和時(shí)變時(shí)延的非線性系統(tǒng)，分別建立了包括聯(lián)合轉(zhuǎn)移概率、無(wú)窮小算子、解的存在唯一性判據(jù)、穩(wěn)定性判定定理在內(nèi)的一些基礎(chǔ)理論。
　　然后引入多個(gè)與Markovian變量相關(guān)的隨機(jī)函數(shù)來(lái)分別描述每個(gè)執(zhí)行器的失效比例因子。隨機(jī)函數(shù)取值在0到1之間且

4、分為三大類情況，并以一定的概率在這三類取值中跳變。隨機(jī)函數(shù)取值的不同即代表執(zhí)行器所處狀態(tài)的不同。以此建立的執(zhí)行器失效模型可以較準(zhǔn)確地反映具有間歇性隨機(jī)故障執(zhí)行器的工作情況。文中不僅考慮了執(zhí)行器部分失效和全部失效的情形，同時(shí)也考慮了執(zhí)行器卡死的情形。隨后，基于建立的基礎(chǔ)結(jié)論，分別考慮了確定性系統(tǒng)、隨機(jī)系統(tǒng)、常時(shí)延系統(tǒng)以及時(shí)變時(shí)延系統(tǒng)的鎮(zhèn)定和跟蹤控制問(wèn)題。采用自適應(yīng)反推方法，分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的狀態(tài)反饋控制器，并通過(guò)Lyapunov穩(wěn)定性理論分

5、析了對(duì)應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)所有信號(hào)的有界性。同時(shí)通過(guò)仿真算例驗(yàn)證了所提出執(zhí)行器失效補(bǔ)償策略的有效性。此外，文中妥善處理了由于系統(tǒng)中Markovian向量的引入而給無(wú)窮小算子帶來(lái)的跟轉(zhuǎn)移速率相關(guān)的附加項(xiàng)以及由于隨機(jī)系統(tǒng)中的擴(kuò)散項(xiàng)而導(dǎo)致的高階Hessian項(xiàng)。文中所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)容錯(cuò)控制方法，不需要專門的故障檢測(cè)和診斷模塊，而是根據(jù)獲得的新息對(duì)控制律和參數(shù)自適應(yīng)律進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，以此來(lái)補(bǔ)償執(zhí)行器失效給系統(tǒng)造成的影響。
　　最后，本文還給出了在未來(lái)研