状态反馈容错网络控制系统研究

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在计算机技术、通信技术等快速发展的现代社会,随着控制系统的日益复杂与庞大,分布范围也越来越广。在以网络通信为骨干,由传感器、控制器和执行器等节点构成的网络控制系统中,客观上存在网络诱导时延、丢包以及各种通信干扰等新的不确定性问题,必将导致系统性能下降甚至不稳定,因此,网络控制系统的容错控制研究不仅具有理论研究价值,而且具有实践指导意义。本文的主要工作如下:首先,分析了扩张状态观测器的参数估计方法的研究现状,提出一种新的扩张状态观测器参数估计方法,分别设计了线性扩张状态观测器和非线性扩张状态观测器。通过提出的新参数估计的方法在线性扩张状态观测器和非线性扩张状态观测器中实验,将其与已有的方法进行了对比,从而验证了新的参数估计方法可以使得扩张状态观测器具有更好的性能。其次,针对线性被控对象,对网络控制系统中存在网络诱导时延、数据丢包以及故障的情况下建模,根据模型构建扩张状态观测器,使用新的参数估计方法设计扩张状态观测器,并根据扩张状态观测器估计跟踪控制系统的状态。通过扩张状态反馈补偿系统,设计状态反馈控制器。通过李雅普诺夫函数分析控制系统的稳定性,最后通过网络控制系统工具箱仿真验证了所设计的控制器具有比一般状态观测器更好的性能,因此验证了该方法的有效性。最后,针对非线性被控对象,在具有时延和丢包,出现输入或状态故障的情况下对非线性被控对象建模。考虑非线性被控对象建模的复杂性,使用非线性扩状态观测器将难以建模的部分总体扩张为新的状态,使用非线性扩张状态观测器跟踪系统的内部状态,并且将扩张的状态反馈线性化被控对象,最后设计状态反馈控制器稳定性控制系统使控制系统输出跟踪设定目标。构建李雅普诺夫函数分析了该非线性扩张状态观测器的稳定性,通过实验仿真验证了采用非线性扩张状态观测器处理非线性被控对象的有效性,以及在发生故障时设计的状态反馈容错控制器能够保证控制系统稳定性运行。
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