1.带有执行器故障的不确定系统的容错控制系统,其特征在于:网络中传感器、控制器和执行器皆采用时间驱动方式,采样时间同步,考虑到网络传输过程中可能出现的丢包现象,在传感器与控制器、控制器与执行器之间加入开关对数据包丢失进行建模,网络中的被控对象:x(k+1)=Ax(k)+Bu(k) (1)x(k)是控制系统的状态输入,u(k)是控制输入,A、B是具有一定维数的常数矩阵;在实际控制系统中,由于外部环境的干扰、系统参数变化和未知因素的扰动等使得控制系统中存在不确定性,难以获得理想的系统模型,考虑到不确定性,被控对象模型为:x(k+1)=(A+ΔA)x(k)+(B+ΔB)u(k) (2)ΔA、ΔB是未知矩阵,系统中存在的不确定因素,假设ΔA、ΔB满足下列等式:ΔA(k)=DaFa(k)Ea,ΔB(k)=DbFb(k)Eb (3)其中Da、Db、Ea、Eb是已知常数矩阵,Fa(k)、Fb(k)是未知矩阵,并且Fa(k)、Fb(k)满足:对于可能出现的执行器故障,定义执行器形式、执行器故障模型:u(k)=Kx(k),uF(x)=Mu(k) (5)其中K是未知的控制器参数,M=diag[m1,m2,…,mp],0≤mil≤mi≤miu,1>mil,miu≥1,i=
1,2,…,p是执行器故障矩阵,现根据执行器故障矩阵判断执行器是否正常工作。
2.按照权利要求1所述带有执行器故障的不确定系统的容错控制系统,其特征在于:所述mi=0,执行器第i条通道完全失效;当mi=1,第i条通道可以正常工作;当0≤mil≤mi≤miu,1>mil,miu≥1并且mi≠1,表示第i条通道不完全失效。
3.按照权利要求2所述带有执行器故障的不确定系统的容错控制系统,其特征在于:M0=diag[m01,m02,...,m0p],L=diag[l1,l2,...,lp],H=diag[h1,h2,...,hp],|L|=diag[|l1|,|l2|,...,|lp|], i=1,
2,...,p (6)
由m0i、li、hi可以得到:
M=M0(I+L),|L|≤H≤I (7)得出带有执行器故障的不确定系统的被控方程为:
分别表示状态矩阵参数和控制输入参数:
4.按照权利要求1所述带有执行器故障的不确定系统的容错控制系统,其特征在于:所述在传感器与控制器、控制器与执行器之间加入开关分别为开关S1和开关S2,当开关S1关闭时,传感器的数据是可以直接传送到控制器,即传感器输出x(k),控制器需要处理的数据是经过开关后的控制信号 若控制器接受到的信号是开关断开的状态,则此时数据包丢失,控制器能够接收到的信号其实是开关保持输出前的一个信号,即 此时本文表示开关S1的模型:S2的模型:
根据丢包位置的不同和式(9)-(11),分别用下面四个子系统表示:在分析丢包位置时,令扩维状态向量
⑴未发生数据包丢失
ξ(k+1)=Φ1ξ(k),
⑵开关S1断开,即数据包丢失仅在传感器与控制器之间ξ(k+1)=Φ2ξ(k),
⑶开关S2断开,即数据包丢失仅在控制器与执行器之间ξ(k+1)=Φ3ξ(k),
⑷开关S1、S2断开,即数据包丢失在传感器与控制器和控制器与执行器之间同时发生ξ(k+1)=Φ4ξ(k),数据包丢失情况分为四类,在传感器与控制器之间发生丢包,控制器接收到是丢包后的数据,那么在下一阶段即控制器与执行器之间也很可能会发生丢包,由于网络资源可以共享,那么系统存在依赖性,四种不同丢包的情况相互影响,现在将四种情况统一处理,闭环故障网络控制系统模型:ξ(k+1)=Φσ(k)ξ(k) (13)
假设随机信号σ(k)∈S={1,2,3,4}且σ(k)符合马尔科夫链分布,转移概率矩阵Π=(πij)∈R4×4,πij=P{σ(k+1)=j|σ(k)=i}≥0,i,j∈S且 而且初始状态是ξ(0)=ξ0,σ(0)=σ0,对于已经给出的初始条件(ξ0,σ0),如果常数Ψ(ξ0,σ0)存在,并且控制系统(13)的解满足 那么表示执行器故障的不确定网络控制系统是稳定的。