1.一种执行器故障观测器与容错控制器集成设计方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤步骤1.针对闭环控制系统,并考虑系统噪声干扰,以及执行器故障,则建立被控对象以状态空间模型为基础的具有故障系统模型,具体是:步骤1.1.选取被控对象,构建被控对象状态方程为:式中x∈Rn,u∈Rq,y∈Rm,z∈Rh分别代表状态,控制输入,系统输出和系统的被控输出,f∈Rq,d∈Rm分别表示执行器故障和传感器扰动,Ac,Bc,Cc,Dc1,D2为常数矩阵。
步骤1.2.将被控对象按照传感器的采样周期h离散化:式中:
步骤2.集成故障诊断与容错控制的观测器设计如下:其中: 表示x(k)的状态估计, 表示故障估计,L∈Rn×m,M∈Rq=m表示待设计的参数矩阵。
步骤3.定义状态估计误差 以及故障估计误差和Δf(k)=f(k+1)-f(k),可得步骤4.增广状态变量: 增广广义干扰:w(k)=[dT(k) ΔfT(k)],继而得到增广系统其中:
步骤5.观测器与容错控制器性能设定步骤5.1.为使系统鲁棒稳定,故障估计误差ef(k)对干扰w(k)鲁棒,满足H∞性能指标:定义Lyapunov函数: 由Schur补引理,得:
运用Schur补后变为
步骤5.2.系统鲁棒稳定,且输出z(k)对干扰具有鲁棒性,即满足H∞范数约束条件:故选定Lyapunov函数:由Schur补引理,得:
运用Schur补后变为
步骤6.基于LMI的观测器与容错控制器线性矩阵不等式集成求解步骤6.1.由于G为正定对称矩阵则可知G可逆,设Λ=diag{GTP-1,I,I,I},Ω1和Ω2分别左乘Λ和右乘ΛT可得:步骤6.2.由P为正定对称矩阵,G是可逆矩阵,有(P-G)TP-1(P-G)≥0成立,展开上式可得:GTP-1G≥-P+G+GT,不等式左右两端同时乘以-I,则有-GTP-1G≤P-G-GT,并定义He(X)=XT+X,不等式(1)变为同理不等式(2)变为
步骤6.3.再定义矩阵
运用Schur补,式(3)式(4)变为:其中
步骤6.4.由于式(7)中存在非线性项 无法进行变量替换,根据松弛矩阵法,得到不等式则有
步骤6.5.定义 通过LMI工具并利用不等式(5)(6)(8)计算得出状态估计增益 故障估计增益 控制器增益