[發明專利]基于動態反饋控制的隨機分布互聯系統協作容錯控制方法

有效

• 申請號: 201810415044.9
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108536017B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 任玉偉;房毅憲;劉麗;孟麗麗
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發明公開了一種基于動態反饋控制的隨機分布互聯系統協作容錯控制方法，構建各隨機分布控制子系統的系統模型，給定各子系統在無故障狀態下的跟蹤權值，求解動態反饋控制器參數，得到無故障狀態下各子系統模型的動態反饋標稱控制器；當隨機分布控制系統發生故障后，設計各子系統的狀態觀測器，利用觀測殘差設計故障估計律，并計算故障估計值和增益值，將故障估計值與增益值相乘得到跟蹤權值補償值，構造補償函數修正子系統的跟蹤權值，使子系統在出現故障后實現協作容錯控制。本發明在系統發生故障后，保持現有控制器結構不變，通過修改系統的跟蹤權值的設定值來抵消故障，達到容錯控制的目的，使得每個子系統以允許的誤差跟蹤給定的設定權值。

技術領域

本發明涉及一種基于動態反饋控制器的隨機分布互聯系統協作容錯控制方法。

背景技術

隨著控制系統規模的日益增大，越來越多的復雜系統具有多子系統互聯的特性。由于各子系統都有著不同的動態特性和控制要求，因此單一系統的建模機制不再適用。采用互聯系統對復雜的生產過程和工業設備進行建模、優化與控制是一種行之有效的辦法，其理論、方法及應用日益受到重視。互聯系統對可靠性和安全性的要求非常高，然而互聯系統結構復雜，控制器的設計本就復雜，而系統故障除了會突然改變子系統的性能之外，還會改變子系統之間的耦合機制，這給理論研究帶來了巨大挑戰，因此迫切需要有效的互聯系統容錯控制技術。

另一方面，在對互聯系統建模的過程中不可避免會受到人為因素的影響以及各類隨機噪聲的干擾，在已有的關于隨機控制的結論中，大多假設這些噪聲服從高斯分布，然而這種假設并不完全符合一些實際應用過程，比如造紙過程中纖維尺寸分布、化工過程中高分子化合物分子量分布等。當噪聲為非高斯隨機過程時，原有方法不滿足這些假設條件，因此就失去了其真正意義。而概率密度函數形狀控制包括了系統的完全分布信息和傳統的隨機分布統計特性，如均值和方差可以很容易地從概率密度函數中計算得到。為刻畫系統輸入與系統輸出概率密度函數之間的關系，輸出隨機分布控制系統相對具有優勢，這類系統在形式描述上比常規隨機系統更一般化，既可以表述高斯系統，又可以表述非高斯系統，尤其適用于高分子化合物的聚合過程、糧食顆粒加工過程、造紙中的制漿過程等復雜工業流程。作為隨機系統的一種擴展，輸出隨機分布控制系統不僅能夠有效的刻畫復雜、非線性、不精確系統，而且在處理系統的非高斯隨機變量、更加全面的獲取輸出變量的統計特性等方面都具有明顯的優越性。但是原有的輸出隨機分布控制方法均是基于單一系統展開的，未能解決互聯系統的協作容錯控制問題。而隨機分布互聯控制系統，不僅可以更加準確的描述上述幾類復雜工業流程，而且當某個子系統發生故障時，可以充分利用多子系統自由度的特點，采用協作容錯的方法進行故障補償。現有的協作容錯控制方法中大多是基于重構故障子系統的控制器來實現的，改變了原有的控制器，存在計算量大，所需時間長，不可靠，準確性不高的不足。

綜上所述，現有技術中對于互聯系統的協作容錯控制問題，尚缺乏有效的解決方案。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于動態反饋控制器的隨機分布互聯系統協作容錯控制方法，在系統發生故障后，保持現有控制器結構和參數不變的前提下，通過修改系統的跟蹤權值的設定值來抵消故障，達到容錯控制的目的，使得每個子系統以允許的誤差跟蹤給定的設定權值。

本發明所采用的技術方案是：

一種基于動態反饋控制器的隨機分布互聯系統協作容錯控制方法，該方法包括以下步驟：

構建各隨機分布控制子系統的系統模型，給定各子系統在無故障狀態下的跟蹤權值，求解動態反饋控制器參數，得到無故障狀態下各子系統模型的動態反饋標稱控制器；

當隨機分布控制系統發生故障后，設計各子系統的狀態觀測器，利用觀測殘差設計故障估計律，并計算故障估計值和增益值，將故障估計值與增益值相乘得到跟蹤權值補償值，構造補償函數修正子系統的跟蹤權值的設定值，使子系統在出現故障后實現協作容錯控制。