[发明专利]一种静态与动态信息混合的容错控制方法

说明书

本发明公开了一种静态与动态信息混合的容错控制方法，针对一类非线性系统中执行器同时出现未知乘性和加性故障的问题，提出了一种融合静态可靠性信息和动态在线信息的容错控制方法。第一步建立了一种严格反馈非线性系统模型，并给出一种具有一般性的执行器故障模型；第二步基于静态可靠性信息建立了执行器切换策略并设计了事件触发机制；第三步利用预设性能函数建立了系统输出的非线性映射模型；第四步基于反步法设计了控制律和自适应律。本发明通过融合静态可靠性信息和动态在线信息加强了系统的容错能力，事件触发机制的建立大大降低了通讯负担，预设性能函数的引入使得系统的跟踪性能得到保障，本发明适用于非线性系统的高可靠和高精度控制。

技术领域

本发明属于非线性系统容错控制技术领域，具体涉及一种静态与动态信息混合的容错控制方法，主要应用于执行器出现未知故障的容错控制。

背景技术

将静态可靠性信息和动态实时在线信息融合可大幅提高控制系统的可靠性。实际控制系统在工作过程中，执行器经常会被未知的故障影响，这些故障若是没有得到很好的处理可能会导致系统性能下降，甚至引发灾难性事故。近年来，受到可靠性和安全性需求日益增长的推动，容错控制得到了很大的关注，诸如特征结构分配、多模型以及滑模控制等方法已被提出。与之前提到的这些方法相比，自适应控制提供了一种解决未知执行器故障的有效手段，自适应控制无需重新调整控制器构造，从而大大简化了闭环控制系统的结构。一般情况下，执行器所受的故障由两部分构成：乘性故障和加性故障，这两类故障都会因为执行器随时间的磨损而改变。除此之外，工程应用中执行器的故障率通常遵循浴盆曲线，这一统计信息的引入将会大大提高系统的可靠性。

另一方面，受到对轻便性和低成本需求的影响，控制系统经常通过无线网络来实现。由于网络通讯带宽的有限性，网络控制中很重要的一点就是如何减轻网络通信的负担。现有的容错控制方法没有考虑到通讯是否必要，而让控制器和执行器之间一直保持通讯，这样大大加重了网络通讯的负担以及执行器的磨损程度。这一问题可以通过引入事件触发机制来解决，在控制器和执行器之间加入事件触发机制，当控制信号达到了事件触发的条件时再将控制信号传递给执行器，在此期间执行器所接受的控制信号保持不变。事件触发机制的引入大大减轻了控制器与执行器之间的通讯负担以及执行器的磨损程度。因此基于事件触发来设计容错控制器，提出执行器切换策略，补偿执行器故障，是确保系统性能稳定、任务高效安全进行的重要问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对控制系统可能受到各方面因素的影响从而导致执行器出现各类故障，以及控制器和执行器在通讯过程中所传递的信息量受到一定限制，本发明提供了一种融合静态和动态信息的事件触发自适应容错控制方法，解决了控制系统工作过程中执行器故障以通讯受限对系统的影响，保证了系统的可靠性和控制精度。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种静态与动态信息混合的容错控制方法，包括以下步骤：(1)建立一种严格反馈非线性系统模型，并给出一种具有一般性的执行器故障模型；(2)建立执行器切换策略以及事件触发机制；(3)利用预设性能函数建立系统输出的非线性映射模型；(4)基于反步法设计控制律及自适应律。

建立一种严格反馈非线性系统模型：

y＝x₁,

其中k＝1,…,n-1，为系统输入，为实空间，x_k为系统的第k个状态变量，表示x_k对于时间t的一阶导数，为系统n个状态变量组成的向量，为n维实空间，为系统输出；为系统前k个状态变量组成的向量，为k维实空间；和均为未知的常量参数；和已知的光滑函数，d_k(t)和d_n(t)为有界的未知扰动。

建立一种具有一般性的执行器故障模型：