随着智能制造技术的不断发展,控制系统在将新一代传感和信息技术有机融合的过程中,其复杂化、智能化程度也不断提高,这为系统寿命预测与健康维护(Prognostic and Health Management,PHM)在新技术背景下赋予了新内涵。系统的安全性、耐用性、可靠性受到空前的高度重视,其性能和相关设备的安全管理已然成为企业关注的焦点。尽管目前对单一元部件或设备的PHM技术已有了不少的成果,但反馈控制系统的寿命预测与健康维护相关研究还相对缺乏。基于此,本文从构建反馈控制系统寿命预测与延寿控制框架入手,并在此框架下展开以隐含执行器退化建模、反馈控制系统失效阈值确定和剩余寿命预测、系统在线延寿自主维护为主的相关研究。其主要工作包括:1)执行器隐含退化下反馈控制系统寿命预测与延寿控制框架的构建考虑反馈控制系统中执行器隐含退化与系统退化之间的联系与区别,本文在剖析现存退化建模、寿命预测、视情维护等方面成果本征特质的基础上,构建了反馈控制系统寿命预测与延寿控制框架。该框架较为直观地呈现了执行器退化与控制系统的关联性,建立了更为完整的系统失效阈值判断准则,分析了可调节控制器参数缓解执行器压力的机理,为开展反馈控制系统寿命预测和延寿控制奠定了基础。2)基于Gamma过程的反馈控制系统寿命预测与延寿研究考虑到Gamma过程对描述严格单调正则的退化过程有一定优势,首先以其为基础,探讨了实际退化数据存在测量误差和随机冲击影响的执行器退化乃至控制系统退化的三种建模方法;其次,基于执行器隐含退化和系统失效阈值判断准则,给出了反馈控制系统剩余寿命预测方法;进而依据系统剩余寿命的实时预测来调整LQR控制器参数,通过延缓执行器的退化延长系统寿命。最后,利用单容水箱系统进行仿真实验,结果表明:随机冲击与磨损退化共同作用的复合退化模型更符合实际退化过程,据其得到的系统寿命预测结果在延寿控制中可较好地平衡控制作用与系统性能,有效延长了系统寿命。3)基于Wiener过程的反馈控制系统寿命预测与延寿研究考虑执行器退化过程可能不尽严格单调,本文又以Wiener过程为基础,探讨了退化数据存在测量误差和随机冲击影响下控制系统退化的三类建模方法,并依据性能约束集判断准则得到反馈控制系统寿命分布的解析解;同时,针对控制器参数调整与执行器有效执行能力缺乏关联的问题,提出了基于执行器实时退化状态的自适应延寿策略(Adaptive Extending Life Control Strategy based on On-Line Degradation State of Actuator,AELCS-ODSA),经双容水箱系统仿真实验发现,多因素影响的执行器退化建模方法下寿命预测更符合工程实际,且AELCS-ODSA将退化程度与控制器参数调节相关联,缓解执行器压力更具针对性,也能更有效延长系统运行时间。