多目标约束下的不确定非线性NCS鲁棒满意容错控制

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网络化控制系统(networked control system, NCS)是通过共享网络把系统的各元件连接起来形成的闭环反馈控制系统。网络的引入,受带宽限制使得数据在传输过程中出现了时延和丢包,加之实际NCS中无法避免的各种不确定性及故障诱发因素,不仅会降低系统的性能,甚至会使其失稳。因此,通过对NCS进行容错设计,提高其安全和可靠性就显得尤为重要。目前针对存在时延和丢包的NCS容错控制的研究已取得了一些成果,但仍以线性对象和基本容错性能为主,且多采用状态反馈控制策略。基于此,本文针对具有时变时延和丢包的非线性NCS,考虑参数不确定性的影响,对容错设计引入区域极点下的α-稳定、H∞及H2等多个控制目标约束,在可能的执行器或传感器发生失效故障情形下,分别从减少结论保守性和降低计算复杂度出发,较为系统的进行了鲁棒满意容错控制研究,具体内容如下:1)基于状态反馈的不确定非线性NCS鲁棒满意容错控制研究针对不确定非线性NCS,将其建模为具有状态区间时变时延的T-S模糊系统,通过构造适当的时滞依赖Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出了确保闭环系统在执行器或传感器发生失效故障时具有α-稳定的不确定非线性NCS鲁棒容错、鲁棒H∞容错、鲁棒广义H2/H∞容错判别准则,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。2)基于状态观测器的不确定非线性NCS鲁棒满意容错控制研究针对不确定非线性NCS,将其建模为具有分段状态与输出区间时变时延的T-S模糊系统,通过构造适当的时滞依赖Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出了确保闭环系统在执行器或传感器发生失效故障时具有α-稳定的不确定非线性NCS鲁棒容错、鲁棒H∞容错、鲁棒广义H2/H∞巩容错判别准则,并通过相应的变换以求解LMIs的方法给出了相应控制器优化设计方法。3)结论保守性及计算复杂度分析对于上述研究结论,采用相应算例对所有结果进行仿真验证,结果表明文中所述方法是正确可行的。由于模型中考虑了时延各种信息,证明过程中采用改进的Jensen不等式,且未引入其它自由权矩阵,因此在减少结论保守性的同时降低了计算复杂度,使得控制器求解空间变大,设计更加便利。为不确定非线性NCS的安全设计在一定范围内提供了理论依据。
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