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上海交通大学学报 2015年第6期49卷 786-792页

作者：余翔张友民康考迪亚大学机械与工业工程系西安理工大学信息与控制工程系西安710048

基于容错控制系统因重构控制切换而引起故障后系统瞬态特性要求的考虑,提出针对执行机构故障的一种新型容错控制器设计的方法.其基本思路是将基于参考模型的自适应调节机构集成于容错控制器的设计.该设计方法一方面保证了重构控制器切... 详细信息

基于容错控制系统因重构控制切换而引起故障后系统瞬态特性要求的考虑,提出针对执行机构故障的一种新型容错控制器设计的方法.其基本思路是将基于参考模型的自适应调节机构集成于容错控制器的设计.该设计方法一方面保证了重构控制器切换时具备良好的瞬态性能,同时也保障了故障发生时和发生后系统的安全性.仿真实例验证了该设计方法的有效性.

关键词：容错控制重构控制器切换执行器故障无冲击切换

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基于前馈跟踪补偿的电液伺服位置—压力复合控制方法研究

基于前馈跟踪补偿的电液伺服位置—压力复合控制方法研究

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作者：宋昭武汉科技大学

学位级别：硕士

电液伺服位置-压力复合控制广泛应用于金属锻压成型设备中，其性能的好坏对制品质量以及设备安全有至关重要的影响，因此对电液伺服位置-压力复合控制算法和控制策略进行研究意义重大。本文以两组伺服比例阀控制液压缸组成的对顶加载... 详细信息

电液伺服位置-压力复合控制广泛应用于金属锻压成型设备中，其性能的好坏对制品质量以及设备安全有至关重要的影响，因此对电液伺服位置-压力复合控制算法和控制策略进行研究意义重大。本文以两组伺服比例阀控制液压缸组成的对顶加载系统为研究对象，根据电液伺服系统的工作原理分别建立了位置控制系统和压力控制系统的数学模型，分析了传统PID控制的不足，由此引入了闭环PID型迭代学习控制算法，并结合电液伺服控制的特点设计了迭代学习控制器。针对位置-压力复合控制过程中两个闭环控制器切换时电压冲击对系统稳定性的影响，提出了基于前馈跟踪补偿的无冲击切换控制策略并设计无冲击切换控制器,以实现复合控制过程中位置闭环控制向压力闭环控制的平稳、快速切换。为验证该算法的可行性，运用MATLAB语言编写了闭环PID型迭代学习控制程序，设计了无冲击切换控制器，建立了电液伺服位置-压力复合控制系统仿真模型并对其进行Simulink仿真分析。通过仿真得出：该复合控制方法的运用能实现电液伺服系统对控制输入信号的完全跟踪，并有效消除复合控制过程中的冲击电压，实现了执行元件在位置闭环控制与压力闭环控制之间快速、平稳切换，有助于提高主机的控制性能和产品质量。

关键词：位置控制压力控制迭代学习算法跟踪补偿无冲击切换

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离散事件触发通讯机制下NNCS主—被动混合鲁棒容错控制研究

离散事件触发通讯机制下NNCS主—被动混合鲁棒容错控制研究

引用

作者：姚晓婉兰州理工大学

学位级别：硕士

近年来,网络控制早已成为控制领域中的一个热门研究方向。然而,网络化控制系统(Networked Control System,NCS)中存在的问题是比较复杂的,如:网络诱导时延、数据丢包、模型不确定性、有限网络资源的浪费等现象的存在以及随时可能发生的... 详细信息

近年来,网络控制早已成为控制领域中的一个热门研究方向。然而,网络化控制系统(Networked Control System,NCS)中存在的问题是比较复杂的,如:网络诱导时延、数据丢包、模型不确定性、有限网络资源的浪费等现象的存在以及随时可能发生的各种故障,均会导致系统性能下降甚至使系统变得不稳定。除此以外,由于在实际的工业系统中或多或少都存在着非线性特性,因此,通过容错控制设计使非线性NCS(Nonlinear NCS,NNCS)具有较高的安全可靠性,具有深远的意义。现有的NNCS容错控制研究中,基本可以分为两大类:被动容错控制(Passive Fault-Tolerant Control,PFTC)和主动容错控制(Active Fault-Tolerant Control,AFTC)。尽管这两种方法有各自独特的优点,但是前者的保守性较大,无法对未知故障进行有效容错,而后者在进行控制器重组/重构时,无法保证系统在此期间的稳定性。除此以外,现存成果大多采用“时间触发通讯机制”(Periodic Time-Triggered Communication Scheme,PTTCS),数据的传输间隔等周期,这一特性无疑会造成无效数据的传输,严重浪费本来就有限的网络资源,更加加剧网络诱导时延和丢包现象的发生。基于此,本文以一类具有时变时延和外界有限能量扰动的不确定NNCS为研究对象,采用更加节约资源的“离散事件触发通讯机制”(Discrete Event-Triggered Communication Scheme,DETCS),在执行器任意失效故障情形下,从系统建模、观测器与控制器的设计与分析、DETCS与控制器协同设计等方面研究了DETCS下NNCS主-被动混合鲁棒容错控制问题。主要研究内容包括以下几个方面:1)DETCS下闭环故障NNCS建模本文引入一种与系统状态息息相关的DETCS,同时具体考虑到网络诱导时延和外界有限能量扰动的实际存在,以T-S模糊模型为基础,分别建立了标称、不确定以及不确定受扰闭环故障NNCS模型。2)NNCS主-被动混合容错控制与DETCS协同设计研究在上述所建立模型的基础上,利用并行分布补偿方案(Parallel Distributed Compensation,PDC)以及构造适当的Lyapunov-Krasovskii泛函等方法,推证出了在DETCS下使NNCS具有完整性、鲁棒容错以及鲁棒H容错的时滞/事件依赖充分条件;同时以线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)形式给出了主-被动混合容错控制器与DETCS协同设计的求解方法,并基于H控制思想设计了故障检测观测器(Fault Detection Observer,FDO),以实现对故障的在线检测;随后设计了PFTC和AFTC,使得在发生已知故障类型时,系统能够维持自身的稳定性,在发生未知故障类型初期阶段,通过PFTC的作用能够降低系统性能下降的速度,为FDD子系统检测准确的故障信息以及AFTC的重组/重构赢得宝贵的时间,一旦得到准确的故障信息,AFTC将立即重构新的控制器用以补偿未知故障对系统性能带来的影响,进而维持系统的稳定性。3)DETCS下不确定NNCS主-被动混合鲁棒H容错控制器无冲击切换研究考虑到在不同控制器之间进行切换时,由于控制信号不匹配而容易影响控制器的性能,进而影响到系统安全的问题。因此,在NNCS主-被动混合鲁棒H容错控制器的设计中需要考虑重构控制器的平滑切换问题。通过引入适当的平滑切换函数,实现了切换瞬间控制器信号的匹配,减小了切换时的抖动以及跳变现象,从而保证了在执行器任意失效故障情况下系统的安全性。4)DETCS下NNCS主-被动混合容错控制仿真程序的设计与实现针对上述研究,仿真结果表明采用文中所设计的FDO可以准确地检测出故障信息;通过对AFTC、PFTC和主-被动混合容错控制器的效果比较,发现文中所设计的混合容错控制器的性能优于两者中的任何一个:即对已知/未知故障类型的故障均能实现有效容错;平滑切换函数的恰当选择实现了控制器之间的“无冲击”切换;除此之外,事件触发条件的引入大大节约了有限的网络资源,提高了网络资源的利用效率。

关键词：非线性网络化控制系统主-被动混合鲁棒容错控制离散事件触发通讯机制无冲击切换

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