PDF《切 换系统的同时故障估计与容错控制》

第34 卷第

1 期2017 年1月控制理论与应用Control Theory &

Applications Vol.

34 No.

1 Jan.

2017 切切切换 换 换系 系 系统 统 统的 的 的同 同 同时 时 时故 故 故障 障 障估 估 估计 计 计与 与 与容 容 容错 错 错控 控 控制 制制DOI: 10.7641/CTA.2017.60215 王佳伟, 沈毅? , 王振华 (哈尔滨工业大学 航天学院, 黑龙江 哈尔滨 150001) 摘要: 当切换系统发生故障时, 通常需要依次进行故障诊断和容错控制. 为了提高切换系统故障诊断的可靠性和 容错控制的及时性, 本文提出一种同时故障估计与容错控制方法. 针对满足平均驻留时间约束的线性切换系统, 首 先建立了基于状态观测器的同时故障估计与容错控制器, 并将其设计问题转化为了加权H∞性能指标下增广误差 系统的多目标求解问题. 然后使用平均驻留时间技术和多Lyapunov函数方法设计了故障估计与容错控制器的参数, 又通过松弛矩阵方法进一步得到了保守性较低的结果. 最后, 利用一个例子对本文所提方法进行了仿真, 证实了该 方法的有效性. 关键词: 故障诊断;

容错控制;

切换系统;

同时故障估计与容错控制;

加权 H∞ 性能指标;

平均驻留时间;

多Lyapunov函数;

松弛矩阵 中图分类号: TP277 文献标识码: A Simultaneous fault estimation and fault tolerance control for switching systems WANG Jia-wei, SHEN Yi?, WANG Zhen-hua (School of Astronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin Heilongjiang 150001, China) Abstract: When fault occurs in the switching systems, fault diagnosis and fault tolerance control are usually required to be implemented successively. In order to improve the reliability of fault diagnosis and the timeliness of fault tolerance control for switching systems, this paper proposes a simultaneous fault estimation and fault tolerance control method. For linear switching systems satisfying the average dwell time constraint, simultaneous fault estimation and fault tolerance controller is ?rstly established based on the state observer, and the design problem is formulated as solving a multi-objective problem of the augmented error system under weighted H∞ performance index. Then the average dwell time technique and multiple Lyapunov functions method are used to design the parameters for the proposed simultaneous fault estimator and fault tolerance controller. Moreover, less conservative result is obtained through the relaxation matrix method. Finally, a numerical example is simulated to verify the effectiveness of the proposed method. Key words: fault diagnosis;

fault tolerance;

switching systems;

simultaneous fault estimation and fault tolerance control;

weighted H∞ performance index;

average dwell time;

multiple Lyapunov functions;

relaxation matrix

1 引引引言 言言(Introduction) 为了保障和提高系统的安全性, 故障诊断和容错 控制两门技术近年来受到越来越多的关注, 都取得了 大量的研究成果[1C4] . 故障处理过程通常分为两部分, 首先对故障进行诊断, 再根据已获得的故障信息来设 计合理的容错控制律. 为了简化故障处理的流程, 近 年来一些学者提出了故障诊断和容错控制同时设计 的思想. 即设计一个功能单元同时实现故障检测和控 制的作用[5C6] . 该方法与独立设计方法相比, 降低了设 计复杂度, 并提高了可靠性[7] . 切换系统是一种常见的混杂系统, 由若干个子系 统以及一个切换信号组成. 目前, 有关切换系统的研 究十分活跃, 涌现出了很多成果[8C12] . 随着切换系统 应用领域日渐增多, 其故障诊断和容错控制问题也引 起了研究者的兴趣[13C14] . 另外, 切换系统的同时故障 检测和容错控制问题也得到了一些研究. 文献[15]使 用基于观测器的方法对离散线性切换系统的同时故 障检测和容错控制问题进行了研究. 文献[16]则使用 收稿日期: 2016?04?11;