[發(fā)明專利]多源干擾系統(tǒng)的容錯抗干擾控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210258674.2
• 申請日: 2012-07-24
• 公開（公告）號: CN102749852A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭雷;喬建忠;李小鳳;曹松銀;雷燕婕
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉

1.一種多源干擾系統(tǒng)的容錯抗干擾控制方法，其特征在于包括以下步驟：首先，設(shè)計故障診斷觀測器估計并抵消系統(tǒng)中的時變故障；其次，設(shè)計干擾觀測器估計并抵消多源干擾系統(tǒng)中的可建模干擾；再次，設(shè)計魯棒H_∞狀態(tài)反饋控制器抑制多源干擾系統(tǒng)中的不可建模隨機(jī)干擾、故障估計誤差和干擾估計誤差；最后，基于故障診斷觀測器、干擾觀測器和魯棒H_∞狀態(tài)反饋控制器，設(shè)計容錯抗干擾控制器；具體步驟如下：

第一步，搭建含有多源干擾系統(tǒng)的動力學(xué)模型，并寫成狀態(tài)空間表達(dá)式

針對含有時變故障、可建模干擾和不可建模隨機(jī)干擾的多源干擾系統(tǒng)，搭建其系統(tǒng)動力學(xué)模型，并寫成狀態(tài)空間表達(dá)式如下：

x·(t)+Ef(x·,t)=Ax(t)+B1(u(t)+d1(t)+F(t))+B2d2(t)]]>

其中，x(t)為多源干擾系統(tǒng)狀態(tài)變量，u(t)為控制輸入，d₁(t)為可建模干擾，F(xiàn)(t)為時變故障，d₂(t)為不可建模隨機(jī)干擾，A,E,B₁和B₂為已知維數(shù)的矩陣，為系統(tǒng)非線性項且滿足Lipschitz條件，外部模型描述干擾d₁(t)由下列外部干擾模型∑₁表示：

Σ1:d1(t)=Vw(t)w·(t)=Ww(t)+B3δ(t)]]>

其中，w(t)為可建模干擾模型的狀態(tài)變量，V為可建模干擾模型的輸出矩陣，W表示可建模干擾模型的系統(tǒng)陣，δ(t)為能量有界的不可建模隨機(jī)干擾，B₃為不可建模隨機(jī)干擾的增益陣；

第二步，設(shè)計故障診斷觀測器

針對多源干擾系統(tǒng)中的時變故障F(t)，設(shè)計故障診斷觀測器對其進(jìn)行實時估計，并求得估計值進(jìn)而得到故障估計誤差

第三步，設(shè)計干擾觀測器

針對多源干擾系統(tǒng)中的可建模干擾d₁(t)，設(shè)計干擾觀測器對其進(jìn)行實時估計，并求得估計值進(jìn)而得到干擾估計誤差為w(t)的估計值；

第四步，設(shè)計魯棒H_∞狀態(tài)反饋控制器

針對多源干擾系統(tǒng)中的不可建模隨機(jī)干擾d₂(t)、故障估計誤差e_F(t)和干擾估計誤差e_w(t)，設(shè)計魯棒H_∞狀態(tài)反饋控制器對其進(jìn)行抑制，控制器結(jié)構(gòu)如下：

u_f(t)＝Mx(t)

其中，u_f(t)為魯棒H_∞狀態(tài)反饋控制輸入，M為待定狀態(tài)反饋控制器增益陣；

第五步，設(shè)計容錯抗干擾控制器

設(shè)計容錯抗干擾控制器，對系統(tǒng)中的時變故障F(t)和可建模干擾d₁(t)進(jìn)行抵消，不可建模隨機(jī)干擾d₂(t)、故障估計誤差e_F(t)和干擾估計誤差e_w(t)進(jìn)行抑制，容錯抗干擾控制器結(jié)構(gòu)如下：

u(t)=uf(t)-F^(t)-d^1(t)]]>

則多源干擾系統(tǒng)可表示為：

x·(t)+Ef(x·,t)=(A+B1M)x(t)+B1Vew(t)+B1eF(t)+B2d2(t)]]>

整理可建模干擾模型的系統(tǒng)估計誤差方程和時變故障的系統(tǒng)估計誤差方程如下：

e·w(t)=(W+LB1V)ew(t)+LB1eF(t)+LB2d2(t)+B3δ(t)]]>

e·F(t)=KB1Vew(t)+KB1eF(t)+KB2d2(t)+F·(t)]]>

聯(lián)列上述多源干擾系統(tǒng)、時變故障的系統(tǒng)估計誤差方程和可建模干擾的系統(tǒng)估計誤差方程得到閉環(huán)系統(tǒng)：

x·(t)e·w(t)e·F(t)=A+B1MB1VB10W+LB1VLB10KB1VKB1x(t)ew(t)eF(t)+B2LB2KB2d2(t)+0B30δ(t)+001F·(t)-E00f(x·(t))z∞(t)=C0C1C2x(t)ew(t)eF(t)]]>

其中，z_∞(t)為H_∞性能參考輸出，[C₀C₁C₂]為H_∞性能可調(diào)輸出矩陣；

第六步，增益矩陣求解

利用凸優(yōu)化算法求解多源干擾系統(tǒng)的容錯抗干擾控制器增益陣；給定初始值x(0)、e_w(0)和e_F(0)，可調(diào)輸出矩陣[C₀C₁C₂]，非線性權(quán)重參數(shù)λ，干擾抑制度γ₁、γ₂和γ₃，求解以下凸優(yōu)化問題：

minxT(0)eT(0)P1P2xT(0)eT(0)T]]>

Φ=Φ11B1G-E0B20Φ18P1C0T*Φ220P2H1R2B2P2H2λ(UB1G)TCT**-λ2I000λ(UE)T0***-γ120000****-γ220λ(UB2)T0*****-γ32I00******-I0*******-I]]>

其中:e(0)＝[e_w(0)e_F(0)]^T,Φ₁₁＝(AP₁+B₁R₁)+(AP₁+B₁R₁)^T,Φ₂₂＝(P₂W₁+R₂B₁G)+(P₂W₁+R₂B₁G)^T,Φ₁₈＝λ(AP₁+B₁R₁)^T,C＝[C₁?C₂],G＝[E?I],H₁＝[B₃?0]^T,H₂＝[0?1]^T；符號*表示對稱矩陣中相應(yīng)部分的對稱塊，求解得P₁、P₂、R₁和R₂，則干擾觀測器和故障診斷觀測器增益陣為LK=P2-1R2,]]>狀態(tài)反饋控制器增益陣為