基于LMI方法容错控制的理论研究与应用

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要容错控制作为一门新兴的交叉学科，其研究意义就是要尽量保证动态系统在发生故障时仍可以稳定运行，并且可以满足期望的性能指标。近年来，容错控制理论发展十分迅速，在可靠镇定、系统重构和完整性设计等方面都取得了很多成果。本文主要以线性矩阵不等式作为主要的研究工具，研究了基于虚拟执行器的重构容错控制和一类不确定性系统的最优容错跟踪控制，而后将理论成果在计算机中进行数字仿真验证，最后运用到三自由度直升机模型的实物仿真平台上。本文的主要内容可归结为以下几个方面：1．研究了基于虚拟执行器的重构容错控制。分别对于执行器部分失效和执行器完全失效的情况设计了两种重构控制律，当执行

2、器部分失效时，提出了一种基于Lyapunov理论的重构控制律。当某些执行器完全失效时，提出了一种基于D稳定极点配置和玩干扰抑制理论的重构控制律，运用LMI技术寻找可行解，并在理论上进行了严格的证明，数字仿真结果表明了所提算法的有效性。2．研究了一类不确定性系统的最优容错跟踪控制。设计控制器使系统在执行器发生故障的情况下，其输出仍可以接近期望参考信号，并且能使给定的性能指标达到最优。分别对于故障模型的两种情况进行了分析和控制器的设计，并在理论上进行了严格的证明，数字仿真结果表明了所提算法的有效性。3．介绍了加拿大Quanser公司的三自由度直升机模型的软硬件结构，分析了系统的动力学特性，并

3、介绍了三个自由度的数学模型。并将“基于虚拟执行器的重构容错控制”算法在三自由度直升机实物仿真平台上得以实现，结果表明该算法是可行的。关键词：容错控制，控制重构，跟踪控制，线性矩阵不等式，三自由度直升机模型基于LMI方法容错控制的理论研究与应用ABSTRACTBeinganewlyarisenintersectingsubject，fault-tolerantcontrolisallimportantwaytOmaintainthestabilityofthecontrolledsystemandtosatisfythedesiredperformanceindexdespitetheoc

4、Cllrrenceoffaults．Inrecentyears，therehavebeenconsiderableamountsofresearchesinthefieldoffault-tolerantcontrol，amongwhicharereliablestabilization·controlreconfiguration，integrityand500n．Thepresentscientificdissertationmainlystudiescontrolreconfigurationbymeansofavirtualactuatorandoptimalfault-tole

5、ranttrackingcontrolbyusingLMIasthemaindesignt001．Then，thetheoreticalfruitisvalidatedbysomenumericalsimulationexamplesandthereal-timesimulationexperiments．Themaincontentsofthepresentscientificdissertationearlbeoutlinedasfollows：1．Twofault-tolerantcontrollawsbymeansofcontrolreconfigurationafteractu

6、atorshavefailedarepresented．Whenactuatorsaropartlyinefficiency,asolutionbyusingLyapunovstabilitytheoremisproposed．Whensomeactuatorsaretotallyinefficiency,themethodsofpoleassignmentofD·stabilityand以disturbancerejectionarcinvestigated．UsingLMItechnique，thesolutionissolved．Theresultsareprovedstrictl

7、yintheory．Then，asimulationexampleisperformedtoshowtheeffectivenessoftheproposedapproaches．2．Twooptimalfault-toleranttrackingcontrollawsforaclassofuncertainsystemsarepresented．3^fhenactuatorfailuresoccur,theoutputsofthe