基于状态多时延模型的NCS时滞依赖鲁棒容错控制研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:douliangster
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网络化控制系统(Networked Control System,NCS)是以网络为传输介质实现信息共享与传输的反馈控制系统。在工程实践中,NCS由于更加分散、复杂、庞大,一旦发生故障,带来的危害也将难以估量和弥补,因此对其通过容错设计,提高安全性、可靠性是一个具有理论和现实意义的研究课题。近年来NCS的容错控制已取得了一些初步的成果。归结起来,在性能上,多以鲁棒完整性和鲁棒H_∞完整性问题为主,而实际中不仅希望在故障发生时闭环系统稳定,还希望具有一定的性能;在模型使用上,采用单一状态时延模型,且时延下界以0处理,因而所得结果具有较大的保守性;在控制策略上,均采用状态反馈,其在工程应用中有较大局限性。基于此,本文从减少结果的保守性出发,分别采用状态反馈控制策略和动态输出反馈策略,基于考虑时延下界的状态多时延模型,同时考虑网络诱导时延和丢包的影响,对具有参数不确定性的NCS进行了较为系统的鲁棒容错控制研究。具体内容包括:基于状态反馈控制策略,运用Lyapunov稳定性理论和LMI方法,分别针对不考虑或考虑有限能量外部扰动的影响,研究了具有时变时延和丢包的不确定NCS的鲁棒完整性、鲁棒保性能或鲁棒H_∞完整性、鲁棒H_∞保性能等问题。通过构造适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,分别推证出了确保闭环NCS在执行器或传感器发生失效故障时,具有鲁棒完整性、鲁棒保性能或鲁棒H_∞完整性、鲁棒H_∞保性能的少保守性时滞依赖充分条件,并通过相应的变换以求解LMIs的方法给出了相应控制器的优化设计方法。基于动态输出反馈控制策略,运用Lyapunov稳定性理论、LMI方法和矩阵分离技术,分别针对不考虑或考虑有限能量外部扰动的影响,研究了具有时变时延和丢包的不确定NCS的鲁棒完整性及鲁棒H_∞完整性问题。在对时延进行分段处理和未对系统模型进行增广处理的情形下,通过构造适当的Lyapunov-Krasovskii泛函,分别推证出了当执行器或传感器发生失效故障时,具有鲁棒完整性及鲁棒H_∞完整性的时滞依赖充分条件,并利用矩阵的分离引理,有效地将非线性项进行分离,以求解LMIs的形式分别给出了鲁棒及鲁棒H_∞容错控制器的设计方法。在以上理论研究的基础上,采用相应算例对所有结果进行了正确性和有效性的仿真研究。由于模型中考虑了时延下界,且证明过程未进行模型转化和交叉项放大处理,另外,适当自由权矩阵变量的引入和时延的分段处理,均使得其结果具有较少保守性,从而提高了容错的可行性和满意度。
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