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    案例頻道

    容錯(cuò)控制理論及其應(yīng)用
    • 企業(yè):控制網(wǎng)     行業(yè):市政工程    
    • 點(diǎn)擊數(shù):3891     發(fā)布時(shí)間:2006-06-21 15:13:25
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    文章是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)容錯(cuò)控制綜述。文章首先介紹了經(jīng)典容錯(cuò)控制的主要研究成果。隨后介紹了近年來發(fā)展起來的魯棒容錯(cuò)控制和非線性系統(tǒng)的集成故障診斷與容錯(cuò)控制,并給出了容錯(cuò)控制的一些典型應(yīng)用成果。最后,指出了該領(lǐng)域亟待解決的一些熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題。



    1  引言

        現(xiàn)代系統(tǒng)正朝著大規(guī)模,復(fù)雜化的方向發(fā)展,這類系統(tǒng)一旦發(fā)生事故就有可能造成人員和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。如:1998年8月到1999年5月的短短的10個(gè)月間,美國的3種運(yùn)載火箭:“大力神”,“雅典娜”,“德爾他”共發(fā)生了5次發(fā)射失敗,造成了30多億美元的直接經(jīng)濟(jì)損失,迫使美國航天局于1999年5月下令停止了所有的商業(yè)發(fā)射計(jì)劃。對(duì)美國的航天計(jì)劃造成了嚴(yán)重的打擊。人們迫切需要提高現(xiàn)代系統(tǒng)的可靠性與安全性。基于解析冗余的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)控制則為提高復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性開辟了一條新的途徑。

        動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的容錯(cuò)控制(Fault Tolerant Control――FTC)是伴隨著基于解析冗余的故障診斷技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。如果在執(zhí)行器、傳感器或元部件發(fā)生故障時(shí),閉環(huán)控制系統(tǒng)仍然是穩(wěn)定的,并仍然具有較理想的特性,就稱此閉環(huán)控制系統(tǒng)為容錯(cuò)控制系統(tǒng)[1]。1991年,瑞典的Astrom教授明確指出了,容錯(cuò)控制具有使系統(tǒng)的反饋對(duì)故障不敏感的作用。容錯(cuò)控制方法一般可以分成兩大類,即:被動(dòng)容錯(cuò)控制(passive FTC)和主動(dòng)容錯(cuò)控制(active FTC)。

       
    容錯(cuò)控制的思想最早可以追溯到1971年,以Niederlinski 提出完整性控制(integral control)的新概念為標(biāo)志,Siljak于1980年發(fā)表的關(guān)于可靠鎮(zhèn)定的文章是最早開始專門研究容錯(cuò)控制的文章之一。然而,直到1993年,國際上才出現(xiàn)了由現(xiàn)任IFAC技術(shù)過程的故障診斷與安全性專業(yè)委員會(huì)主席,英國的Patton教授撰寫的容錯(cuò)控制的綜述文章[1,2],目前尚未見到國際上有容錯(cuò)控制的專著問世。值得驕傲的是,我國在容錯(cuò)控制理論上的研究基本上與國外同步。1987年,葉銀忠等就發(fā)表了容錯(cuò)控制的論文,并且于次年發(fā)表了這方面的第一篇綜述文章。1994年,葛建華等出版了我國第一本容錯(cuò)控制的學(xué)術(shù)專著。

        動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷(Fault detection and diagnosis―FDD)是容錯(cuò)控制的重要支撐技術(shù)之一。 FDD技術(shù)的發(fā)展已大大超前于容錯(cuò)控制的發(fā)展,F(xiàn)DD技術(shù)的理論與應(yīng)用成果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于容錯(cuò)控制方面的成果。目前國際上每年發(fā)表的有關(guān)FDD方面的論文與報(bào)告在數(shù)千篇以上。基于解析冗余的故障診斷技術(shù)被公認(rèn)為起源于Beard 于1971年發(fā)表的博士論文。1976年, Willsky在Automatica上發(fā)表了第一篇FDD方面的綜述文章。Himmelblau 于1978年出版了國際上第一本FDD方面的學(xué)術(shù)著作。

        我國開始動(dòng)態(tài)系統(tǒng)FDD技術(shù)的研究要比國外晚十年左右。清華大學(xué)的方崇智教授等從1983年起開始了FDD技術(shù)的研究工作。1986年,葉銀忠等在<<信息與控制>>上發(fā)表了國內(nèi)第一篇FDD技術(shù)的綜述文章。1994年周東華等在清華大學(xué)出版社出版了國內(nèi)第一本FDD技術(shù)的學(xué)術(shù)專著[5,6]。

        國際自動(dòng)控制界對(duì)容錯(cuò)控制的發(fā)展給予了高度重視。1986年9月在美國Santa Clara大學(xué)舉行的自動(dòng)控制高峰會(huì)議上,把多變量魯棒,自適應(yīng)和容錯(cuò)控制列為控制科學(xué)面臨的富有挑戰(zhàn)性的研究課題。 在國際上,領(lǐng)導(dǎo)著容錯(cuò)控制學(xué)科發(fā)展的是1993年成立的IFAC技術(shù)過程的故障診斷與安全性技術(shù)委員會(huì)。從1991年起IFAC每三年定期召開FDD與FTC方面的國際專題學(xué)術(shù)會(huì)議。在近幾屆的IFAC世界大會(huì)上,F(xiàn)DD與FTC方面的論文在不斷增加。據(jù)筆者統(tǒng)計(jì),1999年7月在北京召開的第14屆IFAC世界大會(huì)上,這方面的學(xué)術(shù)論文已達(dá)60篇,成為了最熱門的幾個(gè)研究方向之一。

        容錯(cuò)控制發(fā)展至今只有20年左右的歷史,因此這是一門新興交叉學(xué)科。促使這門學(xué)科迅速發(fā)展的一個(gè)最重要的動(dòng)力來源于航空航天領(lǐng)域。美國空軍從七十年代起就不斷投入巨資支持容錯(cuò)控制的發(fā)展,力求開發(fā)出具有高度容錯(cuò)能力的戰(zhàn)斗機(jī),甚至在多個(gè)翼面受損時(shí),也能夠保持戰(zhàn)斗機(jī)的生存能力。

        做為一門交叉性學(xué)科,容錯(cuò)控制與魯棒控制、故障檢測(cè)與診斷、自適應(yīng)控制、智能控制等有密切的聯(lián)系。現(xiàn)代控制理論、信號(hào)處理、模式識(shí)別、最優(yōu)化方法、決策論、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)等構(gòu)成了容錯(cuò)控制的理論基礎(chǔ)。

    2  經(jīng)典容錯(cuò)控制方法

    2.1  被動(dòng)容錯(cuò)控制

    被動(dòng)容錯(cuò)控制大致可以分成可靠鎮(zhèn)定,完整性,與聯(lián)立鎮(zhèn)定三種類型。

    (1)  可靠鎮(zhèn)定

        使用多個(gè)補(bǔ)償器進(jìn)行可靠鎮(zhèn)定的概念是由Siljak于1980年最先提出的,隨后一些學(xué)者又對(duì)其進(jìn)行了深入研究。可靠鎮(zhèn)定實(shí)際上是關(guān)于控制器的容錯(cuò)問題。針對(duì)單個(gè)被控對(duì)象,現(xiàn)已證明,當(dāng)采用兩個(gè)補(bǔ)償器時(shí),存在可靠鎮(zhèn)定解的充要條件是被控對(duì)象是強(qiáng)可鎮(zhèn)定的(strongly stabilizable)(即,此對(duì)象可以被穩(wěn)定的控制器所鎮(zhèn)定)。然而,當(dāng)被控對(duì)象不滿足強(qiáng)可鎮(zhèn)定條件時(shí), 補(bǔ)償器就會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的極點(diǎn),受過程噪聲的影響,閉環(huán)系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定。后來的研究者部分解決了上述問題,給出了設(shè)計(jì)兩個(gè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器的參數(shù)化方法,來得到可靠鎮(zhèn)定問題的解。此文還給出了把一個(gè)穩(wěn)定的控制器分解成兩個(gè)并聯(lián)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)嘗器,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可靠鎮(zhèn)定問題的有效方法。其前提仍然是被控對(duì)象必須是強(qiáng)可鎮(zhèn)定的。
    綜上所述,可靠鎮(zhèn)定問題已基本上趨于成熟。

    (2)  完整性

        完整性問題也稱作完整性控制(integral control),一直是被動(dòng)容錯(cuò)控制中的熱點(diǎn)研究問題。此問題有很高的應(yīng)用價(jià)值,這是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)中傳感器是最容易發(fā)生故障的部件。此問題研究的一般都是MIMO線性定常系統(tǒng),難度很大。主要問題是對(duì)高維系統(tǒng)缺乏有效的綜合方法。人們已研究了關(guān)于執(zhí)行器斷路故障的完整性問題,提出了求解靜態(tài)反饋增益陣的一種簡(jiǎn)單的偽逆方法。然而,該方法并不能保證故障狀態(tài)下的閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。基于n-線性特征系數(shù)理論及參數(shù)空間設(shè)計(jì)方法,有學(xué)者給出了關(guān)于執(zhí)行器斷路故障的完整性問題的求解方法。該方法的一個(gè)特點(diǎn)是可以在實(shí)現(xiàn)完整性的同時(shí),在執(zhí)行器的各種故障下,都可以將系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)配置在預(yù)定的區(qū)域內(nèi)。因此,此方法在滿足容錯(cuò)控制的條件下還可以兼顧閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。該方法的一個(gè)缺陷是,當(dāng)系統(tǒng)的維數(shù)大于3時(shí),解析解就不再存在,只能采用CAD技術(shù)來求數(shù)值解,并可能無解。此外,近年來,分散大系統(tǒng)的完整性問題也受到了廣泛關(guān)注。

        由此可見,完整性問題還遠(yuǎn)未徹底解決。缺乏有效地求解容錯(cuò)控制律的構(gòu)造性方法,尤其是對(duì)高維多變量系統(tǒng)。

    (3)  聯(lián)立鎮(zhèn)定

        聯(lián)立鎮(zhèn)定有兩個(gè)主要作用。其一,當(dāng)被控對(duì)象發(fā)生故障時(shí),可以使其仍然保持穩(wěn)定,具有容錯(cuò)控制的功能;其二,對(duì)非線性對(duì)象,經(jīng)常采用線性控制方法在某一工作點(diǎn)上對(duì)其進(jìn)行控制。當(dāng)工作點(diǎn)變動(dòng)時(shí),對(duì)應(yīng)的線性模型也會(huì)發(fā)生變化。此時(shí),具有聯(lián)立鎮(zhèn)定能力的控制器就仍然可以鎮(zhèn)定被控對(duì)象。

        此問題十幾年來已引起了許多學(xué)者的關(guān)注。1982年發(fā)表在IEEE AC上的文章是最早開始研究聯(lián)立鎮(zhèn)定問題的文章之一。在此方向上取得了主要進(jìn)展是:基于廣義的采樣數(shù)據(jù)保持函數(shù)(generalized sampled-data hold function―GSHF),人們已得到如下結(jié)果:(a) 給出了聯(lián)立鎮(zhèn)定問題有解的充分條件,并給出了此控制律的構(gòu)造方法;(b) 給出了在滿足聯(lián)立鎮(zhèn)定的基礎(chǔ)上,同時(shí)實(shí)現(xiàn)線性二次型最優(yōu)控制的充分條件,以及相應(yīng)的控制律的構(gòu)造方法。

    2.2  主動(dòng)容錯(cuò)控制

        主動(dòng)容錯(cuò)控制在故障發(fā)生后需要重新調(diào)整控制器的參數(shù),也可能需要改變控制器的結(jié)構(gòu)。多數(shù)主動(dòng)容錯(cuò)控制需要FDD子系統(tǒng),少部分不需要FDD子系統(tǒng),但需要已知各種故障的先驗(yàn)知識(shí)。主動(dòng)容錯(cuò)控制這一概念正是來源于需要對(duì)發(fā)生的故障進(jìn)行主動(dòng)處理這一事實(shí)。眾多的FDD方法可以分成基于定性模型的方法與定量模型的方法兩大類。經(jīng)過近30年的發(fā)展,F(xiàn)DD技術(shù)已日趨成熟,所提出的各種方法詳見[1-8]。主動(dòng)容錯(cuò)控制大致可以分成三大類,即:1) 控制律重新調(diào)度,2) 控制器重構(gòu)設(shè)計(jì),3) 模型跟隨重組控制。

    (1)  控制律重新調(diào)度

        這是一類最簡(jiǎn)單的也是最近幾年才發(fā)展起來的主動(dòng)容錯(cuò)控制方法。其基本思想是離線計(jì)算出各種故障下所需的合適的控制律的增益參數(shù),并列表儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中。當(dāng)基于在線FDD技術(shù)得到了最新的故障信息后,就可以挑選出一個(gè)合適的增益參數(shù),得到容錯(cuò)控制律。顯然,采用實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)進(jìn)行增益調(diào)度將會(huì)產(chǎn)生很好的效果。這類控制方法特別適合于具有多個(gè)冗余機(jī)翼的戰(zhàn)斗機(jī)的容錯(cuò)控制。

    (2)  控制律重構(gòu)設(shè)計(jì)

        即在FDD單元確診故障后,在線重組或重構(gòu)控制律。這是一個(gè)目前很受關(guān)注的研究方向,現(xiàn)有的成果還比較少。有人采用了“控制混合器”的概念,設(shè)計(jì)了一個(gè)具有自修復(fù)功能的飛行控制系統(tǒng)。當(dāng)診斷出某個(gè)機(jī)翼受損時(shí),可以重新分配其應(yīng)盡的作用到剩余的執(zhí)行器中去。隨后有人提出了一種控制器的重新設(shè)計(jì)技術(shù),通過極大化一個(gè)頻域的性能指標(biāo),來重建控制律。一些學(xué)者還 給出了一種飛機(jī)的模型參考容錯(cuò)控制方法。針對(duì)飛機(jī)的元部件故障,該文用檢測(cè)濾波器理論設(shè)計(jì)了相應(yīng)的故障檢測(cè)器和故障參數(shù)估計(jì)器。在此基礎(chǔ)上,用Lyapunov方法設(shè)計(jì)了模型參考容錯(cuò)控制律,保證在發(fā)生內(nèi)部故障時(shí),飛機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

    (3)  模型跟隨重組控制

        這類主動(dòng)容錯(cuò)控制的基本原理是,采用模型參考自適應(yīng)控制的思想,使得被控過程的輸出始終自適應(yīng)地跟蹤參考模型的輸出,而不管是否發(fā)生了故障。因此,這種容錯(cuò)控制不需要FDD單元。當(dāng)發(fā)生故障后,實(shí)際被控過程會(huì)隨之發(fā)生變動(dòng),控制律就會(huì)相應(yīng)地自適應(yīng)地進(jìn)行重組,保持被控對(duì)象對(duì)參考模型輸出的跟蹤。可以看出,這類容錯(cuò)控制是采用隱含的方法來處理故障的。

        人們已提出了一種基于模糊學(xué)習(xí)系統(tǒng)的專家監(jiān)督控制方法,用于F16戰(zhàn)斗機(jī)的容錯(cuò)控制。其基本控制器是由參考模型,模糊控制器,及模糊學(xué)習(xí)模塊構(gòu)成的,稱為模糊模型參考學(xué)習(xí)控制器。模糊學(xué)習(xí)模塊使這一控制器具有了上述模型跟隨重組控制的基本功能。在此基礎(chǔ)上,通過與一個(gè)FDI模塊相結(jié)合,可以在線選擇合適的參考模型和模糊控制器的輸出增益,進(jìn)一步提高了容錯(cuò)控制能力。因此,此方法也可以看成是模型跟隨重組控制與控制律重構(gòu)設(shè)計(jì)的一種有機(jī)結(jié)合。

    3  魯棒容錯(cuò)控制

        不管是主動(dòng)容錯(cuò)控制,還是被動(dòng)容錯(cuò)控制,都需要具有關(guān)于模型不確定性與外界擾動(dòng)的魯棒性。這是容錯(cuò)控制可以應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)的重要前提之一。被動(dòng)容錯(cuò)控制的核心就是魯棒性,以使閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)各類故障不敏感。目前主動(dòng)容錯(cuò)控制面臨的兩個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題就是:① 基本控制器應(yīng)具有魯棒性,在控制律重構(gòu)期間使系統(tǒng)保持穩(wěn)定;② FDD單元應(yīng)具有魯棒性,以減少誤報(bào)與漏報(bào),減少故障檢測(cè)時(shí)間。因此魯棒容錯(cuò)控制問題近年來受到了高度重視,已成為了目前容錯(cuò)控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向。

        針對(duì)連續(xù)線性定常系統(tǒng)的傳感器失效故障,孫金生等[9]采用Lyapunov方法給出了一種具有關(guān)于模型不確定性魯棒性的完整性控制器存在的充分條件,并給出了控制器的設(shè)計(jì)方法。他們還討論了離散線性定常系統(tǒng)的魯棒完整性控制問題, 通過求解Riccati方程,分別得到了一種傳感器失效下的魯棒容錯(cuò)線性調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法,以及執(zhí)行器失效下的魯棒容錯(cuò)線性調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法。他們進(jìn)一步探討了離散系統(tǒng)的D穩(wěn)定魯棒完整性控制問題。所謂的“D穩(wěn)定”就是閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)都要位于圓形區(qū) 內(nèi)。該文給出了關(guān)于傳感器失效故障的存在D穩(wěn)定魯棒完整性控制的充分條件,以及控制律的求解方法。上述新穎結(jié)果具有系統(tǒng)性,對(duì)魯棒被動(dòng)容錯(cuò)控制作出了重要貢獻(xiàn)。尚待進(jìn)行的工作是,對(duì)高維系統(tǒng),上述文章所給出的設(shè)計(jì)方法有待改進(jìn),以提高設(shè)計(jì)效率。

    4  非線性系統(tǒng)的集成故障診斷與容錯(cuò)控制

        由上面的分析得知,被動(dòng)容錯(cuò)控制均不采用FDD技術(shù),因此也就不能提供系統(tǒng)的故障信息。另外,在發(fā)生故障后,與系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)相比,被動(dòng)容錯(cuò)控制系統(tǒng)的性能(至少是動(dòng)態(tài)性能)會(huì)有所下降。另外,經(jīng)典的被動(dòng)容錯(cuò)控制討論的對(duì)象都是線性系統(tǒng)。

        為了克服上述缺陷,文[10]將FDD技術(shù)與被動(dòng)容錯(cuò)控制相結(jié)合,提出了一種關(guān)于非線性系統(tǒng)傳感器故障的集成故障診斷與容錯(cuò)控制方法。此方法的優(yōu)點(diǎn)是:

        ① 可處理多種傳感器故障,包括,斷路,增益衰減,加性與乘性偏差等,因此克服了傳統(tǒng)的完整性控制問題只能處理失效故障的缺陷;

        ② 在發(fā)生故障時(shí),閉環(huán)系統(tǒng)的性能指標(biāo)幾乎不受影響;

        ③ 適用于一大類(帶隨機(jī)噪聲的)非線性系統(tǒng);

        ④ 不管對(duì)低維還是高維系統(tǒng),設(shè)計(jì)方法都同樣簡(jiǎn)單。

    5  容錯(cuò)控制理論的應(yīng)用成果

        盡管容錯(cuò)控制理論不象FDD技術(shù)那樣已經(jīng)在眾多的領(lǐng)域取得了大量應(yīng)用成果,但仍然取得了一些應(yīng)用成果。一些重要的應(yīng)用成果由表1列出。

        表1表明容錯(cuò)控制取得應(yīng)用成果最多的對(duì)象是飛機(jī),主動(dòng)容錯(cuò)控制的應(yīng)用成果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于被動(dòng)容錯(cuò)控制所取得的成果,其中,控制律重構(gòu)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用得最多。這些應(yīng)用成果的分布情況也從一個(gè)側(cè)面驗(yàn)證了Patton 教授的一個(gè)著名論斷([2], pp.1050),即:“離開了FDD單元,容錯(cuò)控制所能發(fā)揮的作用就會(huì)非常有限,只能對(duì)一些特殊類型的故障起到容錯(cuò)的作用”。因此可以肯定,主動(dòng)容錯(cuò)控制在總體上要優(yōu)于被動(dòng)容錯(cuò)控制。

    表1  容錯(cuò)控制典型應(yīng)用實(shí)例一覽表


    6  結(jié)語

        容錯(cuò)控制做為一門新興的交叉學(xué)科,其學(xué)科意義就是要盡量保證動(dòng)態(tài)系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)仍然可以穩(wěn)定運(yùn)行,并具有可以接受的性能指標(biāo)。因此,容錯(cuò)控制為提高復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的可靠性開辟了一條新的途徑。由于任何系統(tǒng)都不可避免地會(huì)發(fā)生故障,因此,容錯(cuò)控制也可以看成為是保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的最后一道防線。

        除了第3節(jié)介紹的魯棒容錯(cuò)控制以外,當(dāng)前容錯(cuò)控制中的熱點(diǎn)問題還有一些,如:

        (1)  快速FDI方法的研究。故障檢測(cè)與分離都需要一定時(shí)間,造成了一定的時(shí)延,這段時(shí)延越短,對(duì)控制律的重構(gòu)設(shè)計(jì)就越有利。這段時(shí)延有可能會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的穩(wěn)定性問題,除非原來的基礎(chǔ)控制器本身就具有很高的完整性和很強(qiáng)的魯棒性[2]。

        (2)  魯棒故障檢測(cè)與魯棒控制的集成設(shè)計(jì)問題。魯棒故障檢測(cè)的目標(biāo)是:在一定的模型不確定性下,檢測(cè)出盡可能小的故障;魯棒控制的目標(biāo)是使得控制器對(duì)模型不確定性與微小的故障不敏感。因此,這兩者存在著矛盾。而它們都是魯棒容錯(cuò)控制的基本問題。所以說,把魯棒故障檢測(cè)與魯棒控制進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì),把上面的兩種目標(biāo)進(jìn)行折衷,已成為熱點(diǎn)研究課題[6]。

        (3)  控制律的在線重組與重構(gòu)方法。做為主動(dòng)容錯(cuò)控制的一種最重要的方法,控制律的在線重組與重構(gòu)已成為當(dāng)前容錯(cuò)控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向之一。只有在被控對(duì)象發(fā)生變動(dòng)時(shí),實(shí)時(shí)調(diào)整控制器的結(jié)構(gòu)與參數(shù),才有可能達(dá)到最優(yōu)的控制效果[6]。

        (4)  主動(dòng)容錯(cuò)控制中的魯棒性分析與綜合方法。在主動(dòng)容錯(cuò)控制中,需要同時(shí)做到:

        ① 基礎(chǔ)控制器具有魯棒性,

        ② 故障檢測(cè)與診斷算法具有魯棒性,

        ③ 重組或重建的控制律具有魯棒性。這3個(gè)方面的相互作用使得對(duì)主動(dòng)容錯(cuò)控制的整體魯棒性分析變得非常困難[5,6]。

        除了上述的熱點(diǎn)研究方向以外,容錯(cuò)控制領(lǐng)域還有一些難點(diǎn)問題,現(xiàn)有的理論結(jié)果還非常有限,如:

        1)  非線性系統(tǒng)的容錯(cuò)控制。這里的主要難點(diǎn)是:

        a) 對(duì)非線性系統(tǒng)缺乏一般性的控制器綜合方法,

        b) 非線性系統(tǒng)的FDD問題還沒有得到完全解決[10]。

        2)  時(shí)滯動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的容錯(cuò)控制。非線性時(shí)滯系統(tǒng)的容錯(cuò)控制還沒有任何結(jié)果,線性時(shí)滯系統(tǒng)容錯(cuò)控制的結(jié)果還非常有限。

        3)  高維,時(shí)變多變量系統(tǒng)的完整性控制問題。此問題目前還沒有任何結(jié)果,經(jīng)典的完整性問題研究的對(duì)象都是線性定常系統(tǒng)。

        4)  自適應(yīng)容錯(cuò)控制問題。此問題也還沒有任何結(jié)果。其學(xué)術(shù)上的難點(diǎn)是,自適應(yīng)控制系統(tǒng)是本質(zhì)非線性系統(tǒng),因此,自適應(yīng)容錯(cuò)控制屬于非線性容錯(cuò)控制的范疇。

        經(jīng)過20多年的發(fā)展,容錯(cuò)控制已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展,并正處于快速發(fā)展之中。但容錯(cuò)控制還遠(yuǎn)未成熟,還沒有建立起完整的理論體系,尤其在應(yīng)用方面還有許多問題有待解決,還需要大家繼續(xù)努力,可謂“任重而道遠(yuǎn)”。

    參考文獻(xiàn):

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        [3]  Frank P M. Fault diagnosis in dynamic systems using analytical and knowledge-based  redundancy-a survey and some new results. Automatica, 1990, 26(3):459-474.

        [4]  Isermann R. Fault diagnosis of machines via parameter estimation and knowledge processing--tutorial paper. Automatica, 1993, 29(4):815-835.

        [5]  周東華,孫優(yōu)賢.控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷技術(shù).1994, 北京:清華大學(xué)出版社.

        [6]  周東華, 葉銀忠。現(xiàn)代故障診斷與容錯(cuò)控制。2000, 北京: 清華大學(xué)出版社.

        [7]  周東華,葉昊,王桂增,Ding X. 基于觀測(cè)器方法的故障診斷技術(shù)若干重要問題的探討。自動(dòng)化學(xué)報(bào),1998, 24(3):338-344.

        [8]  周東華, 席裕庚, 張鐘俊. 故障檢測(cè)與診斷技術(shù). 控制理論與應(yīng)用,1991, 8(1): 1-10.

        [9]  孫金生,李軍,胡壽松.魯棒容錯(cuò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).控制理論與應(yīng)用,1994, 11(3):376-380.

        [10]  Zhou D H, Frank PM.  Fault Diagnostics and Fault Tolerant Control. IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems ,1998,34(2):420-427.

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