不确定非线性系统的预设性能容错控制问题

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随着当代工业技术的不断应用与革新,促使系统的控制理论得到迅速发展、壮大。当系统同时实现的需求越多,就导致系统复杂度显著增强,控制难度提高,其出现故障的概率自然增大。在系统发生故障跳变时进行实时诊断、识别,并通过控制器进行系统补偿,这就是所谓的容错控制。它类似于人体的免疫系统,能够大大减少工程技术人员的工作量,并有效提高工业系统的故障检测及自动化水平。另外,针对某些需要预先设定暂态及稳态性能的系统,例如给定的稳定同步误差、最大误差超调量以及误差收敛速度,预设性能控制也发挥了关键的作用,保障控制目标的实现。本文针对带有外部干扰及执行器故障的非线性系统,利用自适应方法设计预设性能容错控制器。主要研究成果及贡献描述如下:考虑一类具有执行器故障、耦合状态和未知控制方向的多输入多输出(MIMO)不确定非线性系统的低复杂度预设性能容错控制问题。首先,结合适当的对数型误差转换函数和光滑定向函数设计状态反馈控制器。其次,基于反证法的思想,证明状态误差以相应的速率收敛到一个预先设定的紧集内。同时,保证所有闭环信号的有界性。最后利用数值和实际仿真算例证实了所提出的控制策略的有效性。实现了具有执行器故障和外部扰动的不确定非线性纯反馈系统的低复杂度全局固定时间预设性能容错控制。首先,提出一种新的基于反三角函数的固定时间函数用来定义状态误差。其次,结合适当的根式型误差转换函数和光滑定向函数设计状态反馈控制器。此外,基于反证法的思想,证明状态误差在固定时间内以一定速率收敛到一个可预先设定的紧集内。同时,保证所有闭环信号的有界性。最后利用仿真结果和算法对比验证了所提出控制策略的有效性和优越性。
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