执行器增益波动容忍区间分析.pdf

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1、四论文执行器增益波动容忍区间分析木刘子平王福忠(沈阳建筑大学信息学院)摘要：本文针对一类线性系统的可靠控制问题，提出了执行器各通道增益波动的容忍区间的概念。利用执行器单一通道增益波动模型，给出了在可靠控制问题中执行器各通道增益波动的容忍区间算法。执行器硬件设计者可以根据各条通道增益波动的容忍区间，判断出各条通道对闭环系统的重要程度，再根据其重要程度加强该通道的硬件冗余度，用以加强系统硬件设计的可靠性。最后通过一个数值例子说明给出该方法的有效性及可行性。关键j同：可靠控制；增益波动：容忍区间；冗余度降和输出响应速度减

2、慢等不足，大部分情况保证不了1引言系统的控制器选取。在文献[3卜[8】中只考虑了部件发自2O世纪80年代Zames提出H控制以来，许生故障时，保证系统性能指标问题，而没有考虑系统多控制器的设计方法也相继提出，有关控制在无故障时指标的优化问题。这样虽然使系统在发生问题都只是强调系统能够有效地抵御不确定性的影故障时具有较好的可靠性，但是却导致在无故障睛况响，很少有人考虑部件故障的扰动对系统的影响。在下系统的性能指标(H等)变得较差。现实工程实仿真中看到：当系统部件发生故障时，传统意义上设例中工程师采用硬件冗余的方法来解

3、决通道发生的计的控制器可能使系统失去原有的性能，甚至失故障，其中硬件冗余的实现都是通过经验去摸索，这去稳定性。无形中增加了不确定性。另外，系统出现故障的时候Veillette在文献[1]中，系统地研究了线性系统并不是系统完全瘫痪，大多数的情况是由于系统本身可靠控制问题，给出了控制器存在的充分条件。的部件老化造成系统信号波动。在部分部件出现故障时，这种控制器保证系统的渐近本文针对一类线性系统的指标问题，对稳定和满足一定的性能指标。但是文献[1]使用的可靠控制执行器中各条通道故障，提出了增益波动的故障模型是离散故障模型

4、，离散故障模型只考虑故障容忍区间的概念。即硬件发生增益波动的时候，在原中断的情况，具有较大的特殊性。Yang在文献[2]中，来控制器不改变的前提下，考虑并计算出硬件最大承把连续故障模型应用在系统控制器的设计上，提出了受力的区间范围。同时给出在不增加控制器能量的情基于连续故障模型的线性系统控制问题，给出了况下(即不改变控制器的计算算法)，通过硬件冗余线性系统可靠控制器存在的充分条件，通过求解的方法来实现系统的可调配优化问题。通过考虑未发Riccati方程组实现了控制器的设计。文献[2】虽然考虑生增益波动和发生增益波动

5、前后的对比，使执行器硬了连续故障模型，但是使用Riccati方程使所得结论保件设计者根据执行器每条通道故障增益波动的容忍守性较大。区间，判断出每条通道对闭环系统的重要程度，再根故障在系统的运行过程中是随时可能发生的，据其重要程度加强该通道的硬件冗余度，用以加强系可靠控制是把系统的不确定性和执行器可能发生统硬件设计的可靠性。的故障考虑在系统控制设计过程中。如果单纯在设计系统的时候，针对故障模型设计性能控制器，为2问题描述达到控制目的会出现系统消耗能量增加，系统性能下考虑系统：木基金项目：辽宁省自然科学基金(20092

6、045)；辽2011年第5期自动化与信息工程9宁省教育厅高等学校科学研究项目(L2010447)资助。通道的信号衰减增益值；当，=>1时，为f条通道的j()Ax(t)+BW(t)+Bzu(t)(1)．【z(t)=Clx(t)+w(f)+2(f)信号激增增益值：当=1时，表示第条通道的传．其中，(f)∈R为系统的状态变量；w(t)∈R感器信号无误差；为k阶单位矩阵。为能量有限的外部输入信号；z(f)∈为被控输出定义2对于以上增益波动(6)，如果执行器增益信号；u(t1∈R为考虑系统执行器连续增益波动的波动，其中ff，

7、i=1，2，⋯，m，使得闭环系统控制输入；A、、、Cl、Dl和Dl：为适当维数(5)的是渐近稳定，且对于正数>0，闭环系统外的常值矩阵。部扰动到被控输出的传递函数【J满足设计一个状态反馈控制器：lIG(x)l

8、,]。文献[9]基于系统，给出如下定义，该闭环系统是渐增益的区间越大，系统对该通道信号容许的信号近稳定的，且对于正数，，>0，系统外部扰动到被控波动越就大，一般情况下，O，1+o。。输出的传递函数()满足lIG~z(x)ll。。<，其中定义3对于系统采用双重或更高重备份，或者建立G()=(Cl+Dl2K)[sI一(+B2)]Bl+Dl1。具有这冗余信号的通道