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基于MPC的网络化控制系统的容错控制方法研究

作　者: 林常青
导　师: 宗群
学　校: 天津大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 容错控制模型预测控制网络化控制系统域带
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着计算机技术的迅猛发展,控制系统规模的日益扩大和网络技术的不断提高,网络化控制系统应运而生,成为控制领域的研究热点。由于网络化控制系统结构复杂,即使微小的故障也可能对系统造成致命的影响,因此,随着系统安全性、可靠性要求的日益增加,容错控制成为网络化控制系统发展和设计的关键问题。模型预测控制为容错控制提供了一个合适的“可执行结构”,并且其在线滚动优化的机制能很好地维持故障后系统的性能。论文以包含网络的广义被控对象为NCS的研究对象,考虑小于一个采样周期的定值时延,在执行器发生故障的情况下,基于模型预测控制方法进行容错控制研究。首先,为使预测模型与对象模型尽可能匹配,将故障诊断单元提供的故障估计信息,引入到已建立的带网络诱导时延的预测模型中,建立带故障项的MPC预测模型;随后,为减小环境干扰等因素对预测输出的影响,利用对象的实际输出对预测输出进行修正;同时,为了使故障后的系统仍能很好的维持系统性能,在标准的带参考轨迹目标函数的基础上,引入带域带约束的目标函数,根据含有故障估计信息的预测输出选择合适的目标函数,保证发生故障后系统的性能不会显著退化,实现对发生执行器故障的网络化控制系统的容错控制。为了验证本文所提容错控制方法的有效性和可行性,在Matlab/Simulink仿真环境中,针对所选择的仿真对象,分别搭建正常系统、执行器故障而无容错控制的系统、带故障项的预测模型的容错控制系统、预测输出修正的容错控制系统、目标函数选择的容错控制系统的仿真环境,进行仿真验证,并对仿真结果进行分析总结。结果表明,在网络化控制系统的执行器发生故障后,采用本文所提的容错控制方法,能使发生故障后的系统得到尽快恢复,并能有效维持系统性能。通过论文的仿真结果可以看出,本文所提的容错控制方法,不仅能有效的保证故障后系统的稳定性,使系统尽快从故障中恢复过来,还能维持系统性能不至于显著退化,达成了既定的研究目标。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 课题的研究背景与研究意义  8-10
  1.2 课题的研究现状  10-15
    1.2.1 基于MPC的容错控制  10-12
    1.2.2 NCS的容错控制  12-13
    1.2.3 基于MPC的NCS容错控制  13-15
  1.3 课题的研究内容与创新点  15-17
第二章 MPC的基本理论及其应用  17-30
  2.1 MPC的基本理论  17-24
    2.1.1 MPC的基本概念和原理  17-20
    2.1.2 MPC的数学描述  20-24
  2.2 MPC在NCS中的应用  24-27
  2.3 MPC在容错控制中的应用  27-29
  2.4 小结  29-30
第三章基于MPC的NCS容错控制  30-42
  3.1 NCS的执行器故障模型  30-31
  3.2 基于MPC的NCS容错控制  31-41
    3.2.1 容错控制方法的基本思想  31-32
    3.2.2 带故障项的预测模型的建立  32-34
    3.2.3 预测输出的修正  34-36
    3.2.4 带域带约束的目标函数  36-38
    3.2.5 MPC目标函数的选择  38-41
  3.3 小结  41-42
第四章仿真验证  42-56
  4.1 仿真对象的选择  42-44
  4.2 仿真验证  44-54
    4.2.1 无执行器故障的系统仿真  44-47
    4.2.2 执行器故障而无容错控制的系统仿真  47-49
    4.2.3 带故障项的预测模型的容错控制系统仿真  49-50
    4.2.4 预测输出修正的容错控制系统仿真  50-52
    4.2.5 目标函数选择的容错控制系统仿真  52-54
  4.3 仿真结果分析与总结  54-55
  4.4 小结  55-56
第五章总结与展望  56-59
  5.1 论文总结  56-57
  5.2 论文的进一步工作  57-59
参考文献  59-65
发表论文和科研情况说明  65-66
致谢  66

基于MPC的网络化控制系统的容错控制方法研究

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