线性多变量系统中基于LMI方法的完整性控制器设计研究

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完整性控制器是指针对MIMO系统设计的控制器,设计出来的控制器可以使得闭环系统在传感器或者执行器发生故障时仍然保持稳定,并且具有良好的性能,由于传感器和执行器是在实际系统中最容易发生故障的部件,因此对完整性控制器的研究具有很高的应用价值,这也是容错控制的热点问题。 本文讨论了线性多变量系统的一些完整性条件和在该条件下的完整性控制器的设计问题。本文先后采用(0,1)和[0,1]两种数学故障模型来描述执行器和故障器的故障情况,0表示断路,1表示正常,如果处于0~1之间则表示传输信号的衰减。本文对系统全部采用Lyapunov方法,通过LMI工具箱求解出控制器,并通过仿真实验验证了在该控制器的控制作用下,系统在执行器或故障器发生故障的情况下仍能保持稳定。 本文研究了以下问题: (1)研究了线性定常系统的完整性控制器设计问题,给出了系统在含有传感器故障、执行器故障情况下的状态反馈和输出反馈两种完整性控制器的充分条件,并在此基础上设计出了满足条件的完整性控制器。 (2)基于LMI理论,给出了线性定常系统具有极点约束的输出反馈完整性控制器存在的充分条件,并在此基础上提出一种输出反馈完整性控制器的设计方法,使得当传感器或执行器发生故障时,闭环系统渐近稳定,且闭环极点位于左半复平面的指定区域,仿真例子说明了该方法的有效性。 (3)研究了时滞系统的完整性控制器方案。采用线性矩阵不等式方法,得出了连续时滞系统在执行器失效、传感器故障时闭环系统仍然渐近稳定的完整性控制器存在的充分条件,以及该控制器的设计方法,最后用例子验证了闭环系统在故障情况下的完整性控制器的有效性。 (4)在时滞系统的基础上,进一步研究了时滞不确定性系统在同时具有执行器故障和传感器故障情况下完整性控制器存在的充分条件,并以此来设计控制器,最后以具体例子来验证了控制器的控制效果。
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