容错控制系统鲁棒H_∞和自适应补偿设计  

Robust Fault-tolerant H_∞ Control with Adaptive Compensation

作　　者：金小峥[1] 杨光红[2,3] 常晓恒[4] 车伟伟[1] 

机构地区：[1]沈阳大学装备制造综合自动化重点实验室,沈阳110044 [2]东北大学信息科学与工程学院,沈阳110819 [3]东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室,沈阳110819 [4]渤海大学工学院,锦州121013

出　　处：《自动化学报》2013年第1期31-42,共12页Acta Automatica Sinica

基　　金：国家重点基础研究发展计划(973计划)(2009CB320604);国家自然科学基金(61104029;60974043;61273148;61273155;61104071;61104106;61174085);教育部博士点基金(20100042110027);中央高校基本科研业务费专项资金(N110804001);全国优秀博士学位论文作者专项基金(201157);辽宁省自然科学基金(201202156);辽宁省博士启动基金(20121040)资助~~

摘　　要：通过设计动态输出反馈控制策略研究线性时不变系统执行器故障下的鲁棒自适应容错H∞控制问题.结合自适应技术和线性矩阵不等式(Linear matrix inequalities,LMI)技术,设计一个控制策略同时实现系统的故障补偿控制和性能优化控制.在设计中,提出由自适应律在线调节控制增益方程补偿未知执行器故障和摄动;并设计一个基于模式依赖李亚普诺夫方程的LMI条件解出控制参数及次优H∞性能.所设计的动态输出反馈控制器可以处理一般执行器卡死故障,并得到更少保守性的H∞性能指标.此外,一个更具挑战性的问题,即通过自适应机构补偿故障致使系统多少性能退化得到论证.所提方法的有效性由一个解耦线性化动态飞行器系统仿真验证.This paper is concerned with the robust fault-tolerant H∞ control problem of linear time-invariant systems with an adaptive mechanism for the general actuator fault and perturbation compensations. A novel dynamic output feedback controller is constructed by stabilizing controller gains and adaptive control gain functions. Based on the mode-dependent Lyapunov functions method, less conservative linear matrix inequalities （LMIs） are developed to find the stabilizing controller gains such that the H∞ performance is optimized. Besides, direct adaptive control schemes are proposed to adjust the control gain functions online in order to compensate for actuator faults and perturbations. Based on a notion of an adaptive H∞performance index, the designed controller can guarantee the stability and adaptive H∞ performances of the resulting closed-loop systems. Moreover, a challenging problem of how much performance will be degraded by applying adaptive mechanism for fault compensations is also demonstrated. A numerical example of a linearized dynamic aircraft system and its simulation results are given.

关 键 词：容错控制 鲁棒H∞控制 直接自适应控制 线性矩阵不等式 动态输出反馈 

分 类 号：TP13[自动化与计算机技术—控制理论与控制工程]