Guaranteed Cost Active Fault-tolerant Control of Networked Control System with Packet Dropout and Transmission Delay

The problem of guaranteed cost active fault-tolerant controller （AFTC） design for networked control systems （NCSs） with both packet dropout and transmission delay is studied in this paper. Considering the packet dropout and transmission delay, a piecewise constant controller is adopted. With a guaranteed cost function, optimal controllers whose number is equal to the number of actuators are designed, and the design process is formulated as a convex optimal problem that can be solved by existing software. The control strategy is proposed as follows： when actuator failures appear, the fault detection and isolation unit sends out the information to the controller choosing strategy, and then the optimal stabilizing controller with the smallest guaranteed cost value is chosen. Two illustrative examples are given to demonstrate the effectiveness of the proposed approach. By comparing with the existing methods, it can be seen that our method has a better performance.

Non-fragile hybrid guaranteed cost control for a class of uncertain switched linear systems

This paper focuses on the problem of non-fragile hybrid guaranteed cost control for a class of uncertain switched linear systems. The controller gain to be designed is assumed to have additive gain variations. Based on multiple-Lyapunov function technique, the design of non-fragile hybrid guaranteed cost controllers is derived to make the corresponding closed-loop system asymptotically stable for all admissible uncertainties. Furthermore, a convex optimization approach with LMIs constraints is introduced to select the optimal non-fragile guaranteed cost controllers. Finally, a simulation example illustrates the effectiveness of the proposed approach.

Robust Non-Fragile Guaranteed Cost Control for Nonlinear Time Delay Discrete-Time Systems Based on T-S Model

This paper concerns the robust non-fragile guaranteed cost control for nonlinear time delay discrete-time systems based on Takagi-Sugeno （T-S） model. The problem is to design a guaranteed cost state feedback controller which can tolerate uncertainties from both models and gain variation. Sufficient conditions for the existence of such controller are given based on the linear matrix inequality （LMI） approach combined with Lyapunov method and inequality technique. A numerical example is given to illustrate the feasibility and effectiveness of our result.

Suboptimal reliable guaranteed cost control for continuous-time systems with multi-criterion constraints

The suboptimal reliable guaranteed cost control （RGCC） with multi-criterion constraints is investigated for a class of uncertain continuous-time systems with sensor faults. A fauk model in sensors, which considers outage or partial degradation of sensors, is adopted. The influence of the disturbance on the quadratic stability of the closed-loop systems is analyzed. The reliable state-feedback controller is developed by a linear matrix inequalities （LMIs） approach, to minimize the upper bound of a quadratic cost fimction under the conditions that all the closed-loop poles be placed in a specified disk, and that the prescribed level of H∞ disturbance attenuation and the upper bound constraints of control inputs＇ magnitudes be guaranteed. Thus, with the above muki-criterion constraints, the resulting closed-loop system can provide satisfactory stability, transient property, a disturbance rejection level and minimized quadratic cost performance despite possible sensor faults.

Static-feedback guaranteed cost control for linear systems with outage and loss of effectiveness actuator faults

This paper investigates the static-feedback guaranteed cost control problem for linear systems with actuator faults including outage and loss of effectiveness.Under the actuator redundancy condition,theoretical analysis shows that a static-feedback guaranteed cost controller can always be well designed to ensure that the resulting closed-loop system is stable with desirable quadratic performance.In particular,the feedback gain can be determined through the solution of a modified algebraic Riccati equation.Furthermore,extension to the system with uncertainties is further studied.Compared with the dynamic feedback controller,the static-feedback controller consists only of logical gates/modules and it does not require any memory element,and hence it is simplest in a design perspective.Different from the existing results,the severe and timevarying actuator outage faults can be handled very well by the proposed control strategy.Finally,simulation on a linearised reduced-order aircraft system is provided for verifying the theoretical results.

具有执行器故障的网络控制系统的非脆弱保性能控制

对短时变时延下具有执行器故障的网络控制系统的鲁棒非脆弱保性能控制问题进行研究。为了降低保守性,利用标称点方法对系统进行建模,并结合时变故障矩阵与非脆弱控制,将连续时间系统模型转变为具有范数有界不确定参数的时变离散时间模型。根据Lyapunov对离散系统的稳定性判据以及线性矩阵不等式技术,给出保性能控制器的设计策略和相应的二次性能指标的求解方法,并通过算例验证了所提策略的正确性。

NPC三电平虚拟同步机桥臂故障容错模型预测控制

虚拟同步机VSG(virtual synchronous generator)通过模拟同步机特性为新能源并网提供惯性和阻尼。然而,电力电子开关器件高频开关过程中可能会发生断路故障,导致输出电流波形严重畸变,影响电网安全稳定运行。针对中点箝位型NPC(neutral point clamped)三电平VSG桥臂故障问题,提出一种中点电压均衡的VSG容错模型预测控制策略。分析NPC三电平VSG单相桥臂故障后运行机理,在开关器件故障后利用直流侧电容组成虚拟桥臂,重构为VSG桥臂故障容错结构。建立故障情况下预测电流模型,重构故障状态空间电压矢量,将直流侧中点电容电压引入容错模型代价函数,减小电容电压波动,实现VSG桥臂故障容错运行。实验结果表明,在开关器件发生故障后,NPC三电平VSG能容错连续运行,验证了所提模型预测容错控制策略的有效性,提高了VSG运行可靠性。

参数不确定的广义T-S模糊系统的鲁棒容错保性能控制

研究了参数不确定并且部分执行器可能失效的广义T S模糊系统鲁棒容错保性能控制问题·对于所容许的不确定参数,给出了鲁棒容错保性能控制器存在的充分条件·在此条件下所设计的控制器,不仅使闭环系统渐近稳定而且具有适当的性能指标·通过矩阵分解把广义系统的非严格矩阵不等式约束转化为严格矩阵不等式,克服了广义系统不能直接利用LMI工具箱的弱点,从而和正常系统一样,可以直接使用LMI工具箱求解控制器·算例说明了所给方法的可行性和有效性·

具有数据包丢失的网络控制系统的保成本容错控制

研究了具有数据包丢失的网络控制系统的保成本容错控制问题.针对一类存在马尔可夫丢包的网络控制系统,考虑更一般的执行器连续增益故障模型,利用李亚普诺夫稳定理论和马尔可夫跳变线性系统理论,构造丢包依赖的李亚普诺夫函数.给出了保持系统均方稳定且满足保成本性能指标的控制器存在的充分条件,并提出了相应的保成本容错控制器设计方法.同时,通过求解优化问题,构造出系统的最优保成本容错控制器.最后给出的数例仿真验证了该控制器设计方法的有效性.

连续多时滞系统的保成本H_∞容错控制

针对状态具有多个时滞的线性连续系统,基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,研究了在执行器发生故障的情况下,连续多时滞系统的保成本H∞容错控制问题。首先,在无外部扰动时,得到了系统存在容错控制器的一个充分条件;其次,得到了系统存在保成本容错控制器的一个充分条件;最后,在有外部扰动时,得到了系统存在H∞容错控制器的一个充分条件。进一步,得到了系统存在保成本H∞容错控制器的一个充分条件以及该控制器的设计方法。仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。

不确定非线性系统的模糊保性能容错控制

针对一类具有范数有界参数不确定性的非线性系统和一个二次型性能指标,提出了在执行器故障时保性能控制器的设计方法。采用线性矩阵不等式的方法,得出了系统在执行器故障时保性能控制律存在的充分条件,使系统对允许的不确定性具有鲁棒性,并达到一定的性能指标。仿真结果表明该方法的有效性。

不确定网络化控制系统的保性能鲁棒容错控制

研究了一类含有不确定性的网络化控制系统的完整性和保性能容错控制问题。基于Lyapunov稳定性理论和LMI方法,采用状态反馈控制策略,针对含有不确定性的网络化控制系统当执行器发生失效故障时分别推证出了系统仍渐近稳定和能够满足一定控制指标的充分条件,进而通过将矩阵不等式转化为线性矩阵不等式得到了求取两种容错控制器的方法。最后用仿真算例验证了该方法的有效性和可行性。

少保守性网络化控制系统鲁棒保性能容错控制

研究了一类具有参数不确定性网络化控制系统的鲁棒保性能容错控制问题。同时考虑时变时延和丢包的影响,基于状态多时延模型,推证出了确保闭环系统在执行器或传感器发生失效故障时具有鲁棒保性能容错的时滞依赖充分条件,并以求解线性矩阵不等式(LMIs)的方式给出了最优控制器的设计方法。由于新模型中引入了时延下界,且在证明过程中未进行模型转换和交叉项放大处理,加上适当自由权矩阵的引入,都减少了结果的保守性,提升了容错满意度。最后以一仿真示例验证了文中所述方法的有效性。

线性不确定时滞系统的可靠保成本控制

讨论了执行器故障下,线性不确定时滞系统的可靠保成本控制问题。提出了更实际、更一般的执行器故障模型;给出了以LMI表达的故障系统渐近隐定以及成本函数有上界的充分条件;进一步对执行器故障情况下的成本函数上界进行了优化,该优化是通过一个LMI组的最小化问题来实现的,对扰动输入具有一定的衰减性能。仿真实例验证了所得结果的有效性。

基于T-S云模型的非线性网络化控制系统保性能鲁棒容错控制

基于T-S云模型对一类具有参数不确定的非线性网络化控制系统,考虑网络延时和丢包的影响,通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出确保非线性网络化控制系统在执行器或传感器发生失效故障时具有保性能鲁棒容错性能的时滞依赖充分条件,并以求解线性或非线性矩阵不等式的方式给出控制器的设计方法.最后以一个仿真算例验证文中所述方法的可行性和有效性.

事件触发NNCS鲁棒H_∞保性能容错与通讯协同设计

基于离散事件触发通讯机制(DETCS,discrete event-triggered communication scheme),研究了执行器故障下不确定非线性网络化控制系统的鲁棒H∞保性能容错控制与通讯协同设计问题。引入DETCS,采用状态反馈控制策略,建立了闭环故障系统模型;结合Lyapunov稳定性理论及少保守性技术,得到了DETCS下使系统具有鲁棒H∞保性能容错控制的时滞/事件依赖的充分条件,提供控制器与事件触发权矩阵协同优化求解的方法,讨论了几种不同目标约束下鲁棒控制与DETCS的协同设计问题;通过仿真实例验证了所述方法的有效性。

基于反馈线性化和保性能控制的轴向磁轴承单侧线圈故障容错控制

针对轴向永磁偏置磁轴承一侧线圈无电流时磁轴承承载能力下降且非线性增强的情况,提出一种反馈线性化与保性能控制相结合的组合容错控制策略来提高轴向磁轴承在故障情况下的承载能力并使其能在承重时稳定悬浮转子。首先,建立了故障情况下后轴向磁轴承-转子系统的非线性动力学模型,通过反馈线性化方法使系统大范围线性化。然后,在考虑参数摄动的基础上设计最优保性能控制器使转子稳定悬浮。最后,在轴向一侧线圈无电流的永磁偏置磁悬浮转子上进行了多项实验。实验结果表明,所设计的组合容错控制器实现了承重情况下转子的稳定悬浮,摄动最大的参数变化约35%时位移跳动量峰值为2.6μm,超调量小于3%,调节时间为82ms。结果验证了该方法不仅能实现容错控制,而且具有良好的动静态性能及鲁棒性。

基于动态输出反馈的不确定NNCS鲁棒保性能容错控制

针对一类具有参数不确定的非线性网络化控制系统,同时考虑网络延时和丢包的影响,采用动态输出反馈控制策略,基于T-S模糊模型建模,在对时延分段处理的情形下,推证出确保非线性网络化控制系统在执行器发生失效故障时具有鲁棒容错保性能的时滞依赖充分条件,并以求解LMIs的方式给出控制器的设计方法.由于证明引入了适当的自由权矩阵变量,特别是时延的分段处理,使所得结果具有较少保守性.最后以一个仿真算例验证文中所述方法的可行性和有效性.

区间矩阵系统的保低成本鲁棒容错控制

为了使区间矩阵容错控制系统具有鲁棒稳定性 ,且具有低保守性 ,提出了确定实对称阵集合最小上界的方法 .利用最小上界及矩阵Riccati方程 ,给出了系统矩阵和输入矩阵均含有不确定性时 ,区间矩阵系统有限时间及无限时间保低成本鲁棒容错控制器设计方法 .该设计方法把确定多个Riccati不等式共同解的复杂问题简化为求解单一Riccati方程 ,所得到的鲁棒容错控制器可使系统具有低成本保证值 ,方法简便易行 .

一类不确定线性系统容错保成本控制器设计

考虑了具有参数不确定性的线性定常系统,研究了带有执行器故障和不确定性扰动的保成本容错控制问题。在考虑更一般、更实际的执行器故障模型的基础上,给出了系统鲁棒稳定及容错保成本控制器存在的充分条件。通过求解代数Ricatti方程完成动态反馈控制器的设计。仿真实例验证了所得结果的可行性。比较不考虑故障的控制器与考虑故障的容错控制器的控制效果,进一步说明了对系统进行容错控制的必要性。