不确定非线性系统的量化与容错控制方法研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunchaoemo
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,随着科技的不断进步,计算机在实际中得到广泛的应用。由于计算机应用的普及,使得通信技术和控制技术得以快速发展,被控对象规模越来越大、结构越来越复杂、控制难度越来越高。传统的控制策略已不能够满足现代生产所需要的控制需求。而网络化控制不同于传统的控制方法,它将有线或无线网络、智能传感器、数字通信技术等现代手段与计算机网络结合起来,成为现代控制理论中先进的控制技术。网络化控制以自身优势目前广泛地应用在实际工程中。然而,网络化控制系统对信号传输通道的带宽和传输频率等有较高的要求。如何利用有限的带宽传输信号且保证控制系统的性能不被降低,成了网络化控制中重要的研究课题。量化控制是现有的降低信号传输频率、提高网络资源有效利用率的重要手段之一。同时,对控制信号的量化,引入了量化误差,这将对系统的性能产生影响。如何克服这种影响,许多研究者对其进行了研究。但是,现存的结果仍然具有局限性,特别是对不确定非线性系统。另一方面,随着现代控制系统的复杂性越来越高,系统运行时的可靠性和安全性越来越受到人们的重视。由于系统在实际运行过程中,执行器或传感器等部件或许会遭受意想不到的故障,这可能会导致系统不能稳定的运行,甚至会发生灾难性事故。如何设计有效的故障容错控制策略来容忍故障,成为控制界的热门研究课题,且具有十分重要的研究意义。本文在己有结果的基础上,基于模糊逻辑系统或神经网络逼近、自适应技术、反步法等基本方法,对不确定非线性系统的量化和容错控制方法进行了研究。全文共分为八章,每章的主要内容如下:第一、二章系统地介绍和总结了量化控制和容错控制的研究现状,并给出了与本文相关的一些预备知识。第三章针对具有输入量化和未知控制方向的不确定非线性系统,研究了自适应容错跟踪控制问题。通过选取一类特殊的Nussbaum函数,所设计的容错控制策略能够对执行器故障和输入量化进行补偿,且能够容忍未知的控制方向。与现有结果相比较,所设计的控制策略不需要估计故障参数和量化参数的界,可以直接进行补偿。此外,通过Barhalant引理,证明了闭环系统的所有信号都是全局一致有界的,并且跟踪误差收敛到预先给定的精度。最后,仿真算例验证了所提方法的有效性。第四章针对一类具有不匹配外部扰动和执行器故障的严格反馈非线性系统,研究了自适应量化容错跟踪控制问题。基于Nussbaum函数技术,由输入量化和执行器遭受无穷次故障所带来的控制设计难题被有效地解决,且所设计的控制策略不需要估计任何参数的下界。在李亚普诺夫稳定性理论的基础上,证明了该方法能够保证所得到的闭环系统信号是有界的,且跟踪误差始终满足所期望的性能。最后,仿真算例验证了所提方法的有效性。第五章研究了具有输出约束和无穷次执行器故障的一类不确定非线性时变时滞系统的神经网络自适应容错跟踪控制问题。通过构造Lyapuov-Krasovskii函数,引入一种有界估计方法,利用动态表面控制技术,设计了一种新的自适应容错控制策略用于补偿执行器故障和未知不确定时滞函数,同时保证输出受限有效。与已有的结果相比,该控制器易于实现。根据李亚普诺夫理论,闭环系统的所有信号最终都是半全局一致有界的。最后,仿真实例验证了所提方法的有效性。第六章研究了具有输入死区和全状态受限的不确定非线性系统的自适应容错跟踪控制问题。首先,使用误差转换方法,保证了系统的所有状态不违反边界约束。然后,为了解决在处理对虚拟控制法则求导时出现的复杂性暴增的问题,提出了一种新颖的非线性滤波器。基于所设计的非线性滤波器,能够补偿有界的阶层误差,从而提高了系统的鲁棒控制性能。此外,饱和函数的使用解决了获得虚拟控制法则的界带来的分析困难。基于模糊逻辑系统理论和在线估计技术,提出了一种新颖的故障容错控制策略确保系统的稳定性。再次,根据李亚普诺夫理论,证明了闭环系统的所有信号都是有界的,且系统在存在输入死区和执行器故障时,跟踪误差满足所期望的性能。最后,仿真算例验证了所提方法的有效性。第七章针对具有外部干扰和系统状态不可测的不确定非线性系统,研究了基于观测器的模糊自适应容错跟踪控制问题。首先,通过设计高增益观测器和扰动观测器,不可测的系统状态和外部干扰被估计。基于估计的外部扰动,获得了提高的鲁棒跟踪性能。其次,通过使用障碍函数法,保证了系统的全状态受限。然后,基于投影技术,设计了一个新颖的故障容错控制策略,该控制策略能够容忍执行器遭受无穷次故障。通过设计适当的李雅普诺夫函数,证明了系统的所有信号有界,且所期望的跟踪误差可以被调节到原点附近的一个小邻域内。最后,仿真算例验证了所提方法的有效性。第八章对全文的工作进行了总结,并对将来的研究方向做出展望。
其他文献
海洋环境中金属材料的微生物腐蚀是海洋工程材料的一大威胁,既会造成巨大经济损失,也存在难以估摸的安全隐患。因此研究海洋环境常用金属材料在各种常见微生物环境中的腐蚀行为、探索微生物腐蚀的发生机理,对于总结其腐蚀规律具有辅助意义,也对材料的防护具有重要意义,最终通过指导新材料的设计研究和开发来更好实现抑制微生物腐蚀。本文选取了海洋环境中常用的耐蚀金属材料TC4钛合金、2205双相不锈钢(Duplex S
近年来,云计算已经成为一种新的计算和服务模式,并在人们的工作和生活中得到了广泛的应用。它使得软件作为一种服务而更具有吸引力,并且改变了 IT硬件的设计和购买方式。开发人员和企业无需对硬件资源或人力资源投入大量的资本以部署和使用软件。在云计算环境下,用户的数据外包给不完全可信的云计算服务提供商进行存储和处理,这使得用户失去了对数据的物理控制。云计算服务提供商可能在未经授权的情况下,恶意伪造、篡改或者
熔盐电解法是有色金属冶炼的重要方法,特别是对于轻金属冶炼而言,是工业生产的基本方法。电解槽是熔盐电解工艺过程的核心设备,槽内存在高温电化学反应和宏观多相流体流动,是一种典型的非线性、多物理场耦合的复杂冶金过程。阳极过程是代表性过程,它涉及在固-液界面产生阳极气体形成多相反应体系,又涉及阳极气泡和电解质的宏观流动等复杂的物理过程。阳极过程中的气泡行为对电解过程影响重大,一方面引发额外压降增加能耗,甚
抚顺西露天煤矿是亚洲第一大露天矿,在矿山不断开采的过程中,边坡逐渐变陡加深,易出现失稳,甚至滑坡。加之其地理位置的特殊性—位于抚顺市中心城区,边坡的稳定性问题已经成为现阶段制约矿山和抚顺市可持续发展的主要因素。西露天矿南帮边坡属于深大顺层边坡,边坡内部含有软弱夹层,边坡中部存在F5断层,对边坡西侧有约束解除作用。由于矿山的非对称开挖,导致边坡东西两侧潜在的滑坡体厚度不一致。而坑底的非对称回填则使得
齿轮传动广泛应用于各类机械装备中,是主要的机械传动形式。齿轮传动系统在高速、重载等恶劣的工况下,容易发生静强度失效和疲劳失效等多种失效形式,其工作性能直接影响机械装备的工作可靠性和使用寿命。因此,对齿轮传动系统进行可靠性分析与评估是确保机械装备稳定可靠运行的关键。传统的齿轮系统可靠性模型多是建立在各零部件独立失效的假设条件下的静强度可靠性模型,并且获取零部件初始强度信息难,多数模型并不便于工程上的
随着卫星通信和传统地面通信业务及网络融合趋势日益明显,特别是星间链路的出现和星上处理能力的增强,使得空间节点间彼此互联成为未来空间通信的发展趋势和必然要求,也使得研究并建设基于协作传输的空间信息互联网势在必行。未来的空间信息互联网将是以空间平台为主要载体实时获取、传输和处理空间信息的通信网络,通过星间、星地链路连接在一起的不同轨道、种类、性能的空间节点,不仅向下可支持对地观测的高动态、宽带实时传输
超级电容器是一种新型的储能器件,具有环境友好、充放电速度快及循环稳定性高等特点,有广阔的应用前景。但与锂离子电池及燃料电池等相比,其能量密度还有待提高。超级电容器的能量密度E与其比电容C和工作电压U有关(E=1/2CU2),因此可通过提升比电容和工作电压提高超级电容器的能量密度。在非对称型超级电容器中,正、负电极在不同的电位区间内储能,组装非对称超级电容器是提高工作电压的有效途径。一般来说,超级电
多级库存控制是供应链库存管理的主要形式,因其在供应链管理中的重要性而受到国内外学者的广泛关注。以冶金、石化行业为代表的流程工业以其高投入、高成本、高资源占用率等特点,对工业化进程中起到关键作用。流程工业的供应链中含有大量间歇性生产过程,生产时间长,视为订单触发的离散系统;而销售环节中订单随时可达,处理时间相对很短,视为时间连续系统,二者相结合呈现混杂系统(Hybrid system)的特征,是一类
无线传感器网络覆盖决定了无线传感器网络所能提供的服务范围,是实现无线传感器网络众多应用的前提。而覆盖优化是无线传感器网络的主要支撑技术之一。因此,本文在分析总结国内外相关研究的基础上,对无线传感器网络覆盖的优化方法进行了深入地研究,主要研究内容和成果体现在以下几个方面:针对无线传感器网络的区域覆盖漏洞修复问题,本文首先考虑了传感器的更贴近于实际应用的基于误警率的概率感知模型。针对网络服务质量的要求
数据驱动的故障诊断近年来被广泛研究,非高斯分布特性广泛存在于现代工业过程数据中,传统基于高斯分布假设的数据驱动方法在面对具有这类特性的数据时不再适用。本文将非高斯过程作为研究对象,研究了故障诊断中的检测、诊断、辨识三个问题及其在电熔镁炉故障诊断中的应用,主要研究内容包括:一、针对非高斯过程故障检测难问题,研究了独立元高斯分布变换方法及基于此变换的故障检测指示量和控制线。对比主元与独立元高斯变换的结