切换系统容错控制性能分析与设计及其飞控应用

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1、中图分类号：TP273论文编号：102870318-SX155学科分类号：081101硕士学位论文切换系统容错控制性能分析与设计及其飞控应用研究生姓名李红学科、专业控制理论与控制工程研究方向切换系统的容错控制指导教师杨浩教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringFaultTolerantControlof

2、SwitchedSystemwithApplicationtoFlightControlSystemAThesisinControlTheoryandControlEngineeringbyHongLiAdvisedbyProf.HaoYangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的

3、研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要系统故障，如执行器故障、转速饱和等，可能导致系统不稳定，性能恶化，在现代工业中可能导致严重的事故和经济损失。因此为了提

4、高系统的安全性和稳定性，容错控制的研究越来越重要。切换系统作为一类混合系统，应用在越来越多的工业领域上，因此对于切换系统的容错控制的研究受到了广泛的关注。由于切换系统特性，本文首先提出了切换系统的广义分离原理，由于故障的发生，切换系统的性能会有一定的下降，对此本文对切换系统的性能降级进行了分析；针对高阶系统，研究中通常会对系统进行降阶处理，本文针对容错控制后的切换系统的模型降阶进行了一定的研究。首先，介绍了本课题的研究背景、目的及意义，系统地阐述了故障、容错控制（FaultTolerantCon

5、trol，FTC）、广义分离原理、性能降级和模型降阶的相关概念，总结了切换系统的容错控制的研究现状。本文主要研究了切换系统的分离原理、性能降级及模型降阶的相关问题，得到了一定的研究成果，其中主要包括：（1）线性切换系统的广义分离原理研究。针对线性切换系统，当系统发生故障后，给出故障后系统满足广义分离原理的条件，并对故障后系统分别设计控制器、观测器和切换律保证系统稳定性。同时，利用NASA的HiMAT飞机的仿真实例来验证所给出的结论的有效性。（2）切换系统的性能降级分析。针对切换系统，当系统发生故

6、障，对系统进行容错控制后，系统的的性能会有所下降，针对这种情况，给出系统性能降级的评价指标，并给出系统性能降级可接受的条件。同时，利用HiMAT飞机的仿真实例验证所提出的结论的有效性。（3）故障容错切换系统的模型降阶研究。针对高阶线性切换系统，可利用平衡截断方法对系统进行降阶，发生故障进行故障容错控制后，首先给出一个故障容错线性系统可用进行与故障前线性系统相同的平衡截断的条件，然后将该结论进一步推广到容错控制线性切换系统上，提出容错控制线性切换系统可进行与原线性切换系统相同平衡截断的条件，最后用

7、数值仿真来验证所提出结论的有效性。关键词：切换系统，容错控制，广义分离原理，性能降级，模型降阶I切换系统容错控制性能分析与设计及其飞控应用AbstractSystemfaultssuchasactuatorfailures,structuraldamagemaycausesystemperformancedeteriorationandevenleadtocatastrophicaccidents.Toenhancethereliabilityandsafetyofsystem,faulttol

8、erantcontrolhasbecomeanimportantdirectionofsystemsandcontrolresearch,withapplicationsinbroadandemergingareasofscienceandtechnology.Asakindofhybridsystems,switchedsystemshaveusedinmoreandmoreindustries,andfaulttolerantcontrolofswitchedsystemsattracted