具有丢包和时延的非线性NCS鲁棒容错控制研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:Z_L_Q
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网络化控制系统(Networked control system,NCS)是一种通过网络构成闭环的反馈控制系统。NCS不仅可以实现信息资源的共享,便于系统扩展,且成本低、易维护、可靠性高。然而,NCS在通过共享网络信息资源实现控制而带来各种优越性的同时,由于受网络通讯带宽限制又产生了网络延迟、数据包丢失、网络阻塞等问题。而在实际工程中,由于建模的误差、工况与环境的变化以及各种未知输入的影响,又使受控对象存在不确定性。此外,非线性特性也或多或少地存在于各类系统中,因此不确定非线性NCS具有更广泛的应用背景。现代NCS不仅规模庞大,结构复杂,对系统的安全性、可靠性要求也甚高,因而NCS容错控制研究越来越受到了关注。然而现有成果主要集中在线性受控对象上,对网络时延和丢包的处理相对较单一,其性能主要以完整性为主,结论多为具有相对较大保守性的时滞不依赖型。因此,对于不确定性非线性NCS、同时考虑丢包和时延的影响、以时滞依赖的方法对其进行鲁棒容错控制的研究,无疑有着深远的科学意义和广泛的实际意义的。基于此,本文以基于T-S模型的非线性NCS为研究对象,同时考虑时延和丢包及不确定性的影响,以时滞依赖方式,综合应用Lyapunov稳定性理论、LMI、松弛矩阵变量引入等方法和技术,利用状态反馈控制律,主要进行以下鲁棒容错控制的研究工作:1)研究了标称和具有参数不确定性的非线性NCS的鲁棒完整性问题。分别针对标称和存在参数不确定性的NCS,推证出了对传感器或执行器失效故障下具有完整性和鲁棒完整性需满足的时滞依赖充分条件,并以求解线性或非线性矩阵不等式的方式给出了控制器的设计方法。2)研究了标称和具有参数不确定性的非线性NCS的H∞鲁棒容错控制问题。考虑有限能量扰动的影响,分别针对标称和存在参数不确定性的NCS,推证出了确保非线性NCS在执行器或传感器发生失效故障时具有H∞完整性和H∞鲁棒完整性的时滞依赖充分条件,并给出了控制器的设计方法。进一步研究了系统具有H∞鲁棒完整性条件下的数据最大允许传输间隔δ,以及在已知网络参数情形下,给出了最优H∞鲁棒完整控制器的求取方法。3)研究了标称和具有参数不确定非线性NCS的保性能鲁棒容错控制问题。考虑容错控制系统对动态性能的要求,通过定义性能指标,推证出了确保非线性NCS在执行器或传感器发生失效故障时具有保性能容错和保性能鲁棒容错的时滞依赖充分条件,并给出了控制器的设计方法。进而讨论了最优保性能容错控制器的设计方法。4)在以上研究结论的基础上,采用仿真实例对所有结果进行了正确性和有效性的仿真研究。由于文中的推证过程未使用模型转换,并引入了适度的自由权矩阵,因此所得结果具有较少保守性,这对提高系统的容错满意度和节约网络通讯资源是有意义的。5)文中结论不仅为基于T-S模糊模型非线性NCS的容错设计提供了理论依据,同时也为相应的时延非线性系统的容错研究提供了借鉴。
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