PDF《NNCS 混合容错控制方法》

第33卷第2期 控制与决策Vol.

33 No.2 2018年 2月 Control and Decision Feb.

2018 文章编号: 1001-0920(2018)02-0316-14 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2016.1446 NNCS混合容错控制方法 王君1? , 姚晓婉1,2 , 李炜1 (1. 兰州理工大学 电气工程与信息工程学院,兰州 730050;

2. 青岛理工大学 琴岛学院,山东 青岛 266106) 摘要: 针对执行器任意失效故障,研究离散事件触发通讯机制下不确定NNCS主被动混合鲁棒H∞ 容错控制器 设计问题, 该控制器对外界有限能量扰动具有良好的抑制性能. 首先,基于 T-S模糊模型,建立离散事件触发通讯 机制下不确定 NNCS闭环故障模型;

然后,基于H∞ 控制思想设计故障检测观测器并得到不确定 NNCS鲁棒H∞ 容错控制设计准则;

最后,通过Matlab仿真算例验证所设计的控制律对系统性能的改善以及事件触发条件的引入 对网络资源的节约. 关键词: 主被动混合鲁棒容错控制;

非线性网络化控制系统;

离散事件触发机制;

故障检测 中图分类号: TQ302.8 文献标志码: A Hybrid fault-tolerant control method research of NNCS WANG Jun1? , YAO Xiao-wan1,2 , LI Wei1 (1. College of Electrical and Information Engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China;

2. Qindao College,Qingdao Technological University,Qingdao 266106, China) Abstract: Aimed at any actuator fault with failure, the design of a hybrid active-passive robust H∞ fault-tolerant controller of uncertain nonlinear networked control system(NNCS) based on discrete event-triggered communication scheme(DETCS) is investigated, which has well rejection capability against external ?nite-energy disturbances. Firstly, a closed-loop fault model based on T-S fuzzy model is subsequently established for the uncertain NNCS under the DETCS. Then based on H∞ control theory, a fault detection observer is designed and the design criteria of robust H∞ fault- tolerant control for the uncertain NNCS is derived as well. Finally, Matlab numerical simulation results are presented to demonstrate the improvement of system performance bene?ts of the proposed control law and illustrate the saving of network resources derived from the introduction of event-triggered condition. Keywords: hybrid active-passive robust fault-tolerant control;

nonlinear networked control system;

discrete event- triggered communication scheme;

fault detection

0 引言在实际的 NCS中, 执行器故障往往是导致控制 系统性能变坏甚至崩溃的原因之一, 由它所产生的 安全性问题无论在理论上还是实际工程实践中都很 难解决. 鲁棒容错控制(FTC)技术的出现不仅可以使 得系统保持渐近稳定性,而且能够保证系统的性能指 标在可接受的范围内[1-2] . 一般而言, FTC方法可以被 分为两大类:被动容错控制(PFTC)[3-4] 和主动容错控 制(AFTC)[5] . PFTC是通过设计一个固定的控制器对 一定范围内可预见的故障进行容错,一旦故障发生, 它可以立即对故障进行容错而不需要借助于在线的 故障检测观测器. 然而, PFTC的容错能力有限,保守 性较强. AFTC需要一个故障检测与诊断(FDD)子系 统来实时地对故障进行检测, 并根据检测到的故障 信息重组/重构一个新的控制器来补偿故障带来的 影响. 但是,故障检测过程中误差的存在以及故障检 测和控制器重组/重构之间的时延都可能导致系统失 稳[6-7] . 虽然二者均有不可忽视的缺点, 但在 NCS 中 结合二者优点的主-被动混合容错控制方法尚未得到 广泛研究,目前可查阅的文献仅有文献[8]. 除此之外, 现有的关于 NCS 容错控制研究的文 献中大多采用时间触发通讯机制 (PTTCS), 数据被 周期性地传输,尽管采用PTTCS可以使系统的分析 和设计过程大大简化, 但会导致严重的数据冗余问 收稿日期: 2016-11-15;