论文摘要
在实际工程应用中,由于控制系统规模不断扩大,复杂程度日益提高,以及系统投资的巨大,人们迫切需要提高系统可靠性和安全性.然而,当执行器、传感器或系统的其他元器件发生故障时,传统的控制器不能保证闭环控制系统期望的性能甚至会导致不稳定.故障诊断与容错控制技术是解决这一问题的有效方法.为了提高故障检测滤波器和容错控制器的性能,本论文基于参数依赖的Lyapunov稳定性理论和LMI技术,进一步深入地研究了时滞系统（网络控制系统）的鲁棒H∞性能分析、状态反馈控制器和故障检测滤波器综合设计以及容错控制问题,形成了-整套新的时滞系统故障检测与容错控制方法.并将部分理论研究成果在载重拖车系统和间歇式反应器等实际仿真对象中进行了验证.由于在时滞的处理过程中,采用了时滞分解方法,倒数凸组合技术和输入-输出方法,所得结果具有更小的保守性和计算负担.全文的主要工作总结如下：1.研究了一类带有时变时滞和多包丢失的离散T-S模糊网络系统故障检测问题.假设被控对象到模糊故障检测滤波器（FFDF）之间的通信连接存在数据包丢失,且丢失概率在间隔[0,1]上满足特定概率密度分布.离散时间模糊网络系统应用输入-输出和二项近似方法转化为互联的两个子系统.设计的FFDF,对所允许的数据包丢失条件,保证故障检测动态系统为输入-输出均方稳定.且满足期望的H∞性能.通过选取一个新的Lyapunov函数,获得了FFDF存在的充分条件.相应的FFDF增益的可解性条件利作锥补线性化迭代算法转化为凸最优问题.2.研究了带有离散状态时滞、分布式时滞、数据包丢失和非线性扰动的网络控制系统故障检测问题.不同于现存的故障检测结果.这里所提出的是闭环故障检测策略.也就是同时设计了控制器和故障检测滤波器.假设从传感器到控制器及控制器到执行器的数据包丢失满足相互独立的白噪声序列.将基于观测器的故障检测滤波器作为残差生成器,网络非线性系统可以表示成H∞模型匹配问题.设计的闭环故障检测滤波器不仅保证了残差和滤波故障的估计误差尽可能小,同时满足闭环网络非线性系统的指数均方稳定.3.研究了带有状态时滞及执行器故障的非线性网络控制系统（NNCSs）模糊容错控制问题.利用输入时滞方法,带有网络诱导时延和数据包丢失的NNCSs等价转化为带有时变时滞的Takagi-Sugeno（T-S）模糊系统.采用时滞分解方法.时滞对象的状态信息得以充分考虑.利用锥补线性化迭代算法,将非凸的稳定性条件转化成可行的线性矩阵不等式（LMI）形式.同时将倒数凸组合界处理技术与不相关增广矩阵项引入到Lyapunov函数的处理当中,获得了保守性更小的稳定性条件.4.针对一类带有状态时滞和随机执行器故障的网络控制系统（NCSs）,设计了鲁棒故障容错控制器.利用输入时滞方法,获得了具有状态和输入时滞的等价系统.在时滞分解的积分区间上采用一新的Lyapunov函数,同时利用倒数凸组合技术直接处理了逆加权凸组合二次项,获得了保证NCSs均方渐近稳定的充分性条件,以LMI的形式表示出来.此方法,不需要模型变换和引入额外的松弛变量,结果具有更小的保守性.5.针对一类带有时变时滞和执行器故障的离散T-S模糊系统,在状态可测、不可测两种情况下,分别给出了模糊H∞容错控制器的设计方法.选择了一种更切合实际的离散齐次马尔可夫链来表示执行器故障的随机行为.利用一类新的模型变换方法,将带有执行器故障的离散时滞模糊系统转换为互联的两个子系统.利用输入-输出方法（标度小增益定理）分析互联子系统的随机稳定性.通过构造参数依赖的Lyapunov函数,给出闭环系统输入-输出均方稳定且满足H∞性能的充分条件及H∞容错控制器的设计方法.最后,对全文所做工作进行了总结,指出了目前时滞系统（网络控制系统）故障检测和容错控制理论研究中存在的一些问题和进一步的发展方向,并对未来的研究工作进行了展望.
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标签：故障检测论文; 容错控制论文; 时滞系统论文; 网络控制系统论文; 模糊系统论文; 网络诱导时延论文; 数据包丢失论文; 测量量化论文; 线性矩阵不等式论文;