[发明专利]一种基于E-S滑模观测器的抗干扰容错控制方法

摘要

本发明涉及一种基于E‑S滑模观测器的抗干扰容错控制方法，针对状态未知系统存在干扰和故障的控制问题，第一步，针对同时包含干扰和故障的控制系统，建立动力学模型；第二步，在第一步所建立的动力学模型基础上，设计E‑S滑模观测器，对故障进行实时重构；第三步，利用第二步实时重构的信息，设计全阶干扰观测器，对干扰进行估计；第四步，利用第二步故障重构信息和第三步干扰估计值，设计输出反馈控制器，完成控制系统的复合控制；本方法基于E‑S滑模观测器和抗干扰观测器设计系统控制方法，可以实现对故障的重构和对干扰的估计与补偿，用于同时存在干扰和故障且状态未知的控制系统中。

主权项

1.一种基于E‑S滑模观测器的抗干扰容错控制方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，针对同时包含干扰和故障的控制系统，建立动力学模型；第二步，在第一步所建立的动力学模型基础上，设计E‑S滑模观测器，对故障进行实时重构；第三步，利用第二步实时重构的信息，设计全阶干扰观测器，对干扰进行估计；第四步，利用第二步故障重构信息和第三步干扰估计值，设计输出反馈控制器，完成控制系统的复合控制；所述第一步：针对同时包含干扰和故障的控制系统，建立动力学模型过程如下：针对含有干扰和故障的干扰故障系统，搭建其动力学模型，并将其描述为状态空间形式Σ1：其中，t表示时间，x(t)表示系统的状态，为状态的导数，y(t)表示系统输出量 ，C＝[0 T]为已知的系统系数矩阵，B₀、T分别为系数矩阵B、C中的元素矩阵，u(t)为执行机构的输出，d(t)为系统受到的扰动，f_a(t)为未知但有界的故障函数，扰动d(t)由外部模型Σ₂表示：其中，W，V为系数矩阵，w(t)为外部模型的状态，为外部模型状态的导数；所述第二步：在第一步所建立的动力学模型基础上，设计E‑S滑模观测器，对故障进行实时重构过程如下：针对第一步中的系统Σ1设计E‑S滑模观测器Σ3：其中，ξ(t)为辅助变量，为辅助变量的导数；为y(t)的估计值；G_l为线性反馈增益矩阵，G_n为滑模项增益矩阵，非连续向量v定义为观测器输入，观测器输入的等效控制为：其中，ve(t)为观测器输入的等效控制，ρ为取决于故障函数fa(t)幅值的正标量函数，δ为一个小的正常数，取δ＝0.01；定义李雅普诺夫矩阵：其中，P0，P1，L为满足一定条件的李雅普诺夫矩阵元素；定义重构变量矩阵如下：其中，W1为重构变量矩阵元素；则构造fa(t)的重构信号为：所述第三步：利用第二步实时重构的信息，设计全阶干扰观测器，对干扰进行估计过程如下：设计复合系统Σ4如下：其中B_d＝[B^T 0]^T，C_d＝[C 0]；设计全阶干扰观测器Σ5如下：其中，和分别为x(t)和w(t)的估计值，M为观测器增益矩阵，则干扰估计值为所述第四步：利用第二步故障重构信息和第三步干扰估计值，设计输出反馈控制器，完成控制系统的复合控制；设计复合控制律：其中，K为控制器增益矩阵。