故障多智能体系统的混合无源/H∞容错一致性方法研究

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本文主要针对带有执行器故障或控制器输入饱和的马尔可夫跳变多智能体系统展开一系列的相关控制方法研究。执行器故障是控制理论研究过程中十分常见的问题,可以根据故障发生的类型分成部分失效故障、偏移故障以及卡死故障,此外,控制器输入饱和也是系统中主要的非线性问题。为了使发生执行器故障以及控制器输入饱和的系统达到一定的性能指标且实现多智能体的一致性,本论文在有向拓扑结构下设计了一种容错控制器,使得多智能体系统能在不同故障情况下仍能实现混合无源/H∞容错一致性。本文主要运用增广矩阵的方法对系统矩阵表达式进行重组,将状态观测值与误差观测值相结合,以此来设计故障观测器。除此之外还采用了代数图论、Lyapunov泛函、线性矩阵不等式(LMI)和自由权矩阵等理论方法设计容错控制器。具体设计方法如下:(1)研究了执行器偏移故障下马尔可夫多智能体的一致性问题。首先基于增广矩阵方法设计故障观测器以估计未知的偏移故障。然后,再根据所估计的故障信息,并基于混合无源/H∞性能指标,利用代数图论和Schur补引理等理论方法设计了相应的容错控制器,在保证了多智能体系统的容错一致性的同时达到补偿执行器偏移故障的目的。(2)研究了多类型执行器故障下马尔可夫多智能体的一致性问题。多类型的执行器故障模型包括了部分失效故障和偏移故障。多类型的执行器故障问题的引入大大增加了故障观测器和容错控制器的设计复杂度,因此,提出了一种满足混合无源/H∞性能指标的故障观测器和容错控制器设计方法。基于故障观测器估计故障信息,提出了多类型执行器故障下容错控制器的设计方法,以保证了随机多智能体系统的混合无源/H∞容错一致性。(3)研究了多类型执行器故障下输入饱和的马尔可夫多智能体的一致性问题。首先,针对发生多类型故障的执行器,设计了满足无源/H∞性能的故障观测器,以补偿故障对系统的影响。随后,为了解决输入饱和对控制器的影响,设计了相应的容错控制器,保证了多类型执行器故障下输入饱和的马尔可夫随机多智能体的容错一致性。
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