具有传感器故障的非线性关联大系统的可靠控制

收稿日期:2006-03-31

基金项目:辽宁省自然科学基金资助项目(资助号:2001101026)

作者简介:朱进(1980—),女,辽宁锦州人,硕士研究生,研究方向:大系统的分散控制及鲁棒控制(E-mail:zhujin716@163.com)｡ 文章编号:1003-6199(2007)01-0014-04

摘要:考虑一类非线性关联大系统的可靠控制器设计问题,该系统具有常时滞､参数不确定性､非线性扰动和传感器故障｡其中参数不确定性满足匹配条件,非线性扰动满足范数有界条件,传感器具有部分失效的模型｡本文的目的是设计无记忆分散控制器来镇定该系统｡通过解线性矩阵不等式获得此控制器,使得当传感器器发生故障时被控系统能够保持渐近稳定｡最后通过仿真的例子,验证该状态反馈控制器的可行性｡

关键词:容错控制;控制器;关联系统;传感器故障

中图分类号:TP273文献标识码:A

1引言

可靠控制是将系统部件可能发生的故障考虑在控制器设计过程中,可使所设计的控制系统无论是否出现故障都能保持一定的性能指标｡由于元器件质量,环境变化等各种因素,执行器和传感器失效是实际工程系统经常遇到的问题｡近年来,不确定系统的容错控制问题的研究取得了一些成果[1-4]｡文献[1]-[4]均是对具有离散故障模型的系统进行研究,即将部件输出分为正常和中断两种情况,部件无故障时将输出信号增益设为1;部件发生故障时将输出信号增益设为0｡而执行器或传感器通常会出现部分失效的情况｡文献[5]和文献[6]虽然考虑了传感器的部分失效,但仅是对单个系统进行研究,而随着科学技术的发展,系统的构成越来越复杂,出现了各种结构的大系统,如动力系统､通讯系统､社会系统､经济系统等｡因而,研究关联系统的完整性设计显得尤为重要,并且关联大系统的分散控制不仅可从理论上简化复杂问题,而且实现起来也经济､可靠｡

本文针对具有传感器部分失效的模型,研究了不确定非线性关联大系统的可靠状态反馈控制器的设计方法｡利用线性矩阵不等式,给出了控制器的求解方法,此控制器使得闭环系统无论是否发生故障仍能保证渐近稳定｡

2问题描述

考虑不确定非线性关联系统的故障模型:

是第i个子系统在时刻的状态向量;ufi(t)∈Rqi是考虑第i个子系统在时刻的控制输入向量;φi(t)是连续的向量初值函数;d为时滞常数;是具有适当维数的常数矩阵;(t)是反映第i个子系统模型中时变参数不确定性的不确定实值矩阵｡假定系统(1)中的参数不确定性ΔAi(t)､ΔAid(t)和非线性扰动 fi(xi(t))分别满足以下条件:计算技术与自动化2007年3月第26卷第1期朱进等:具有传感器故障的非线性关联大系统的可靠控制

3主要结果

定理1对于系统(6)如果存在正定矩阵X,Y,使得由Schur补性质可知(10)式等价于(7)式,即定理1成立｡

4例子

考虑具有执行器故障的不确定关联系统(1),其中进行仿真,结果见图可以看出两个子系统渐近稳定,说明本文所设计的分散控制器是可行的,可以达到预期的目的｡

5结论

本文讨论了一类具有状态时滞､参数不确定性和未知非线性扰动的不确定非线性关联大系统的状态反馈可靠控制问题｡把传感器可能发生的故障考虑在控制器的设计过程中,通过求解线性矩阵不等式,从而得到分散无记忆可靠控制器,使得闭环系统无论是否发生故障都保持渐近稳定｡

图1 失效时第一个子系统的状态响应

图2 失效时第二个子系统的状态响应

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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