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内容简介
本书主要基于自适应技术来研究连续时间系统的主动容错控制方法，所涉及的系统元件故障包括执行器和传感器的中断、部分失效、偏移和非参数化时变卡死故障，以及关联链接的信号衰减、恶化等网络关联链接故障。提出了多种直接、间接和切换组合的自适应方法设计故障补偿控制器，保证了系统正常和故障情况下的稳定性，并优化了系统性能。所提出的方法适用于连续时不变线性系统、不确定系统、非脆弱系统，以及分布式控制系统、复杂网络和多智能体系统的容错控制设计，并且能推广应用于非线性系统、时滞系统和随机系统等多类系统。本书适合控制理论与控制工程，导航、制导与控制以及相关专业的科研人员，工程师和在读硕博研究生的阅读参考。
目录
第1章绪论
1?1容错控制系统概述
1?1?1背景
1?1?2动机
1?1?3发展概况及分类
1?2被动容错控制
1?3主动容错控制
1?3?1基于FDI技术的主动容错控制
1?3?2基于自适应技术的主动容错控制
1?4容错控制研究的热点与难点问题
1?5本书的研究范围
第2章线性系统自适应容错控制
2?1执行器故障下容错控制系统描述
2?2间接自适应容错控制器设计
2?3直接自适应容错控制系统设计
2?3?1切换自适应控制增益方程
2?3?2自适应控制增益方程
2?4数值仿真算例
2?4?1飞控系统仿真算例
2?4?2火箭整流罩模型仿真算例
第3章不确定系统自适应容错控制
3?1不确定性容错控制系统描述
3?2直接自适应非脆弱容错控制器设计
3?3一类特殊执行器故障下自适应容错控制
3?4不确定火箭整流罩模型仿真算例
3?4?1直接自适应方法应用
3?4?2间接自适应方法应用
第4章自适应容错H∞控制
4?1容错H∞控制系统描述
4?2状态反馈情况
4?2?1H∞补偿跟踪控制器设计
4?2?2飞行器系统状态反馈仿真算例
4?3动态输出反馈情况
4?3?1ε?稳定控制器设计
4?3?2飞行器系统动态输出反馈仿真算例
第5章线性系统容错H∞非敏感滤波
5?1容错H∞滤波系统描述
5?2非敏感可靠H∞滤波系统设计
5?3F?404发动机系统数值仿真
第6章关联部件故障自适应容错控制
6?1分布式控制系统链接失效容错控制
6?1?1关联部件故障描述
6?1?2分布式自适应跟踪控制系统设计
6?1?3分布式系统仿真算例
6?2动态混沌系统自适应滑模容错控制
6?2?1非线性耦合混沌系统
6?2?2滑模FTC设计下的自适应同步
6?2?3一类一致混沌系统仿真
第7章分布式系统自适应容错控制
7?1分布式系统容错问题描述
7?2分布式系统间接自适应容错控制
7?2?1间接自适应控制器设计
7?2?2分布式控制策略仿真算例
7?3分布式系统组合自适应容错控制
7?3?1组合自适应控制器设计
7?3?2质量弹簧系统仿真算例
第8章复杂系统分布式自适应容错跟踪控制
8?1分布式系统模型参考容错跟踪控制
8?1?1分布式容错跟踪控制问题描述
8?1?2分布式直接自适应鲁棒跟踪控制系统设计
8?1?3组合大系统仿真算例
8?2主从大系统分布式容错同步控制
8?2?1主从大系统容错问题
8?2?2主从大系统容错控制系统设计
8?2?3复杂小车系统仿真算例
8?3多智能体容错滑模跟踪控制
8?3?1多智能体系统容错控制问题描述
8?3?2容错滑模跟踪控制器设计
8?3?3多智能体系统仿真算例
参考文献
摘要与插图
前言随着科技的发展和人类各方面需求的不断提高，人们对控制系统运行的效率、精度、时间和强度要求越来越高。为了实现系统运行的性和多应用性，系统结构的设计越来越精妙和细致。而这带来的是复杂且繁多的系统元件组合，执行器、传感器和连接部件在空间上大量分布和应用。为了保证系统在长时间高强度运行下的精度和安全可靠性，容错控制策略的构造就成为复杂工程系统设计的重要部分。
容错控制系统的特点表现在当系统执行器、传感器、控制器、对象本身等系统各类组成元件发生故障时，系统的安全运行仍然得到保障并能保持满意性能。一方面，执行器和传感器作为系统运行驱动元件及信息获取和发送元件，故障的发生和解决已经得到人们的极大关注；另一方面，随着工业制造的复杂化和生产目标的多元化，各个子系统通过网络或关联链接互相传递信息，对关联链接安全可靠性的研究也随之进入容错控制领域。容错控制系统的研究也面临着新的挑战。
从20世纪70年代系统完整性被提出以来，容错控制的发展已经历了四十多年。在其理论研究中，容错控制系统设计方法分为基于鲁棒控制技术的被动容错控制方法和基于故障补偿技术的主动容错控制方法。两者重点描述容错控制系统的全局特征和实时动态特征。现有的针对预判故障的传统被动容错设计方法在维数较低、故障源较少的简单控制系统中有较好的应用。其具体的应用实例可以在液位系统、倒立摆系统、质量-弹簧-阻尼系统，以及经过解耦降维的飞控系统上实现。但对于系统维数高且故障源较多的结构复杂系统，被动容错方法设计的容错控制策略较为保守，并不能保证系统在合理性能下运行，甚至会由于遗漏可能发生的故障模式而计算得到错误控制策略，导致系统发生故障时崩溃。更需要指出的是，被动容错控制方法仅仅对有限的故障模型，如中断、部分失效等有较好效果，它并不具备补偿严重故障（如偏移、卡死等故障）的能力。因此，不需要预判故障，而通过在线调节控制器参数或重构控制器的主动容错控制就成为人们重点研究的方法。
主动容错控制中基于故障检测与分离（FDI）技术的控制方法和基于自适应技术的控制方法是研究广泛的方法。其中基于FDI方法的容错控制策略由于其性和较高的应用价值，近年来备受学者的青睐。它的设计依赖于故障诊断机构的诊断结果，其更为重要的意义在于设计故障诊断机构正确及时地诊断出故障信号。因此，在这类主动容错控制中，控制器的重组（Reconstruction）或重构（Reconfiguration）需要FDI子系统提供及时的故障信息，从而构造有效的容错控制策略。但故障诊断机构的诊断会受到外部扰动、时滞、系统模型不性及其他环境因素的影响，给出不够甚至错误的故障诊断信号。显然，应用误诊的故障信号重组或重构容错策略控制系统会给系统带来灾难性的破坏。所以，另一类不需要故障信息的主动容错控制方法——自适应方法迅速成为学者们研究的热点。自适应技术可以获取未知参数每个时刻的估计信息，且控制增益可以响应参数的变化而实时变化。根据此特点，在故障未知的情况下，利用自适应技术估计故障信号代替故障诊断机构的诊断信号，再应用估计信号作为间接信号辅助构造容错控制策略。因此，与基于FDI技术的容错控制方法不同，基于自适应技术的容错控制策略不需要估计准确的故障信息，对容错控制系统也更能保证它的可靠性。
本书主要考虑基于自适应技术的主动容错控制方法。所涉及的系统元件故障包括执行器、传感器和关联链接的故障，而故障类型则有中断、部分失效、偏移和非参数化卡死执行器和传感器故障，以及信号衰减、恶化等网络关联链接故障。本书所包含的系统不仅有连续时不变线