不确定非线性系统的故障扰动重构及容错控制

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1、不确定非线性系统的故障/扰动重构及容错控制重庆大学硕士学位论文(学术学位)学生姓名：卢颖指导教师：宋永端教授专业：控制科学与工程学科门类：工学重庆大学自动化学院二O一六年四月Fault/NoiseReconstructionandFault-tolerantControlofNonlinearUncertainSystemsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLuYingSupe

2、rvisedbyProf.SongYongduanSpecialty:ControlScienceandEngineeringCollegeofAutomationofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016中文摘要摘要实际工程系统长期运行中不可避免会出现故障，而系统故障往往是影响整个系统稳定运行的主要因素。为保证系统自身对安全性和可靠性的要求，促使故障检测与诊断(FDI)和容错控制(FTC)的研究。考虑大多数工程系统存在非线性和不确定性，本文针对不确定非线性系统在故障/扰动重构和容错控制方面开展深入研究。首

3、先，研究不确定非线性系统执行器故障重构及容错控制问题。针对存在执行器故障的不确定非线性系统，引入一个包含系统状态和执行器故障的辅助增广状态构造一个等价的增广系统，设计相应的增广滑模观测器，实现系统的状态估计和执行器故障重构，从理论上分析估计误差，给出保证估计误差稳定的LMI条件。并基于状态估计和故障重构信息，设计抵抗执行器故障的容错控制器，保证系统状态的稳定。其次，研究不确定非线性系统传感器故障/测量扰动重构及容错控制问题。针对存在传感器故障/测量扰动的不确定非线性系统，引入一个包含系统状态和虚拟传感器故障（包含真实的传感器故障和测量扰动）的辅助广义状态构

4、造一个等价的广义系统，设计相应的广义滑模观测器，实现系统的状态估计和传感器故障/测量扰动重构，从理论上分析估计误差，给出保证估计误差稳定的LMI条件。并基于状态估计和故障重构信息，设计抵抗传感器故障/测量扰动的容错控制器，保证系统状态的稳定。最后，研究不确定非线性系统多重故障/扰动重构及容错控制问题。针对存在多重故障（同时存在执行器故障和传感器故障/测量扰动）的不确定非线性系统，引入一个包含系统状态、执行器故障和虚拟传感器故障的辅助广义状态构造一个等价的广义系统，设计相应的广义滑模观测器，实现故障系统的状态估计和多重故障/扰动重构，理论上分析估计误差，给出

5、保证估计误差稳定的LMI条件。并基于状态估计和故障重构信息，设计抵抗多重故障/扰动的容错控制器，保证系统状态的稳定。所提出的设计方法不仅有效地解决多重故障/扰动连续重构这一难题，而且也适用于前面所讨论的单一故障（只存在执行器故障或者传感器故障/测量扰动）的系统。关键词：不确定非线性系统，故障/扰动重构，容错控制，广义滑模观测器，LMII英文摘要ABSTRACTThefaultswillinevitablyoccurintheactualengineeringsystemswithlong-termoperation.Thesystemfailuresare

6、oftenthemainfactorsinfluencingthestableoperationofthewholesystem.Inordertoguaranteethesecurityandreliabilityofthesystemitself,theresearchonthefaultdetectionanddiagnosis(FDI)andfaulttolerantcontrol(FTC)isdeveloped.Consideringthatmostengineeringsystemsarenonlinearanduncertain,thethe

7、sisdeeplyinvestigatesfault/noisereconstructionandfault-tolerantcontrolofuncertainnonlinearsystems.Firstly,theproblemforactuatorfaultreconstructionandfault-tolerantcontrolofuncertainnonlinearsystemsisinvestigated.Fortheuncertainnonlinearsystemswithactuatorfaults,anauxiliaryaugmente

8、dstatevectorconsistingofsystemsta