1.一种具有时变时延的网络化控制系统的容错控制方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
1)建立离散时间闭环非线性网络化控制系统模型:其中, x(k)∈Rn为状态向量,u(k)∈Rp为控制输入量,w(k)∈Rl为有限能量的外部扰动且w(k)∈L2[0,∞),L2[0,∞)为平方可积向量的空间,z(k)∈Rq为控制输出量,f(k,x(k))满足Lipschitz条件非线性向量项,||f(k,x(k))||≤||F1x(k)||;A0∈Rn×n、A1∈Rn×n、B0∈Rn×p、C∈Rq×n、D∈Rq×l、R∈Rq×l和F1∈Rn×n为常数矩n×n n×p n×p阵;ΔA0∈R 、ΔA1∈R 和ΔB0∈R 是时延和系统参数摄动的不确定部分,具有如下形式:[ΔA0 ΔA1 ΔB0]=D1F(k)[E1 E2 E3]其中,D1∈Rn×n、E1∈Rn×n、E2∈Rn×n和E3∈Rn×p为常数矩阵,F(k)∈Rn×n为满足以下条件的未知不确定矩阵,其元素Lebesgue可测且有界F(k)TF(k)≤I;d(k)是取值为正整数的时变时滞,以d1和d2分别表示其下界与上界,即0<d1≤d(k)≤d2,p×n
状态反馈控制器为 K∈R 为控制增益阵,ΔK为控制增益摄动阵,ΔK=D1F(k)E4,E4∈Rn×p为常数矩阵;
2)构造包含具有时延信息的Lyapunov-Krasovskii函数V(k)=V1(k)+V2(k)+V3(k);
T
其中,V1(k)=x (k)Px(k),
n×n n×n n×n
y(l)=x(l+1)-x(l), P∈R 、Q∈R 和Z∈R 为正定对称矩阵;
3)计算非脆弱容错控制器增益矩阵为K,非线性网络化控制系统渐进稳定和H∞容错控制器存在的充分条件:针对下列线性矩阵不等式:
其中,
γ为扰动抑制率;
故障矩阵M=diag{m1,m2,…,mn},其中,m1,m2,…,mn为n个互不相关的随机变量,mi=1为执行器正常,mi=0为执行器彻底失效,当0<mi<1时,表示执行器部分失效;mi的期望αi和方差 是已知的常数; 其中θi∈Rn×n是一个对角阵,对角线上第i个元素是1,其他元素为0;
P、Q、Z、N1∈Rn×n、N2∈Rn×n和 标量εi>0;i=1,2,3,4,矩阵为未知变量,其他变量都是已知的,可以根据系统参数得出或直接给定;
利用Matlab LMI工具箱进行求解,如果存在对称正定矩阵P和Z,适当维数的正定矩阵矩阵 和标量εi>0;i=1,2,3,4,对称矩阵 以及任意合适维数的矩阵和 则非线性网络化控制系统是渐进稳定的且具有H∞扰动抑制率γ,非脆弱容错控制器增益矩阵为 且可以继续进行步骤4);如果上述未知变量没有解,则非线性网络化控制系统不是渐进稳定的且不具有H∞扰动抑制率γ,不能获得非脆弱容错控制器增益矩阵,也不可以进行步骤4);
4)计算最小扰动抑制率γmin下非脆弱容错控制器增益矩阵K,给出最小扰动抑制率γmin可以优化的条件:令e=γ2,如果以下优化问题成立:
P>0, Z>0, 标量εi>0;i=1,2,3,4则可获得闭环非线性网络化控制系统在符合非脆弱H∞容错控制条件下,系统的最小扰动抑制率 同时非脆弱容错控制器增益矩阵K也会被优化为