不确定非严格反馈非线性系统的模糊自适应输出反馈容错控制

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本文考虑几类典型的不确定非线性系统,通过引入补偿不同故障的方法及有限时间控制方法,研究了容错控制设计问题。在Backstepping框架下,利用模糊逻辑系统理论,Nussbaum技术及投影算子技术,分别设计了处理传感器故障的控制算法及处理执行器故障的有限时间控制算法,并证明了系统的稳定性。本论文主要工作如下:针对一类未知控制方向与执行器失效卡死故障同时存在的非严格反馈非线性系统,在要求系统在有限时间内稳定的情况下,设计了有限时间输出反馈容错控制算法。在控制设计过程中,通过设计观测器处理了系统状态不可测的问题,并引入模糊基函数的特性及Nussbaum增益函数,分别处理了“代数环”问题及执行器失效卡死故障问题。在Backstepping框架下,成功地设计了补偿执行器失效卡死故障的有限时间控制器。并借助有限时间Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性和可行性。针对一类执行器死区与传感器失效故障同时存在的非严格反馈非线性系统,设计了输出反馈容错控制算法。在控制设计过程中,通过设计观测器处理了系统状态不可测的问题,构造立方绝对值Lyapunov函数,并引入投影技术与死区逆技术,成功地处理了传感器失效故障及死区问题。在Backstepping框架下,成功地设计了补偿传感器失效故障的控制器。并借助Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性和可行性。针对一类执行器失效偏离故障与输出约束同时存在的非严格反馈非线性大系统,在要求系统在有限时间内稳定的情况下,设计了有限时间输出反馈容错控制算法。在控制设计过程中,通过设计观测器处理了系统状态不可测的问题,并基于分散控制方法,执行器故障处理方法以及障碍Lyapunov函数,分别实现了对系统的集中控制,对执行器失效偏离故障的补偿以及对系统输出的约束。在Backstepping框架下,成功地设计了补偿执行器失效偏离故障的有限时间分散控制器。并借助有限时间Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性和可行性。针对一类执行器失效偏离故障与随机扰乱同时存在的非严格反馈非线性系统,在要求系统在有限时间内稳定的情况下,设计了有限时间输出反馈容错控制算法。在控制设计过程中,通过设计观测器处理了系统状态不可测的问题,基于伊藤引理及投影方法,分别解决了随机过程的微分问题及执行器失效偏离故障问题。在Backstepping框架下,成功地设计了补偿执行器失效偏离故障的随机有限时间控制器。并借助随机有限时间Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性和可行性。为进一步验证上述所提出的控制方法和理论的有效性和可行性,分别给出相应的数值仿真算例。
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