第４３卷增刊 ２０１１年７月 南 Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏ 尿 ｆ Ｎａｎ 航空航天大学学报 ｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ Ｖｏ１．４３ Ｎｏ．Ｓ Ｊｕ１．２０１１
基于自适应逆最优控制的卫星容错控制
李 广 王 青 董朝阳
（１．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京，１００１９１； ２．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京，１００１９１）
摘要：针对卫星在轨飞行过程中存在的一类执行机构故障，提出一种基于自适应逆最优控制原理的卫星姿态容
错控制设计方法。考虑卫星执行机构出现故障的情况，将系统的不确定性参数作为估计的自适应参数，基于逆最
优原理采用积分反推方法求解辅助系统的自适应控制Ｌｙａｐｕｎｏｖ函数，设计了能够确保原系统鲁棒稳定的自适 应逆最优控制器。同时基于Ｌｙａｐｕｎｏｖ方法，从理论上推导了所设计出的控制律的稳定性，并通过仿真进行了控 制算法验证。仿真结果表明，所设计的基于自适应逆最优控制的卫星容错控制方法能够保证执行机构出现故障 时姿态控制系统稳定。
关键词：逆最优；自适应控制；卫星姿态控制；容错控帝】 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—２６１５（２０１１）Ｓ一００７９—０４
Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ
Ａｔｔｉｔｕｄｅ Ｆａｕｌｔ—ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｌｉ Ｇｕａｎｇ ，Ｗａｎｇ Ｑｉｎｇ ，Ｄｏｎｇ Ｃｈａｏｙａｎｇ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１００１９１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１００１９１，Ｃｈｉｎａ）
第３２卷第４期 ２０１２年８月 辽宁工业大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｂｌ＿３２．Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１２
本刊核心层次论文
一类短时延网络化控制系统的故障
检测与容错控制
范小丹，刘晓勇
（辽宁工业大学理学院，辽宁锦州 １２１００１）
摘要：研究了一类可离散化的非线性网络化控制系统的故障检测和容错控制问题。针对一类非线性网络化
控制系统，考虑系统的网络时延，利用Ｔ－Ｓ模糊模型建立具有不确定参数的离散的系统模型；采用输出反馈控制，
设计系统的模糊状态观测器，并利用模糊观测器和控制器协同设计的方法，考虑系统可能出现传感器发生失效故
障的情况，给出并证明了系统保持渐近稳定的充分条件，利用观测器系统输出误差对系统进行故障检测。最后通
过实例仿真对理论的有效性进行验证。
关键词：网络化控制系统；Ｔ－Ｓ模型：故障检测；容错控制
中图分类号：０２３１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４．３２６１（２０１２）０４．０２１１－０８
Ｆａｕｌｔ Ｄｅｔｅｅｔｉｏｎ ａｎｄ Ｆａｕｌｔ．ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ａ Ｃｌａｓｓ ｏｆ Ｎｅｔｗｏｒｋ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｓｈｏｒｔ Ｔｉｍｅ－ｄｅｌａｙ
ＦＡＮ Ｘｉａｏ—ｄａｎ，ＬＩＵ Ｘｉａｏ—ｙｏｎｇ
（Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ １２１００１，Ｃｈｉｎａ）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ：Ｔ－Ｓ ｍｏｄｅｌ；ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｆａｕｌｔ－ｔｏｌｅｒａｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｎ ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆａｕｌｔ－ｔｏｌｅｒａｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｍ
序号科研热词推荐指数序号科研热词1线性矩阵不等式231非线性系统2非线性系统132线性矩阵不等式3自适应控制103自适应控制4神经网络104神经网络5鲁棒控制75时滞6鲁棒性66不确定性7非线性67鲁棒控制8动态面控制68非线性9t-s模糊模型69滑模控制10滑模控制510不确定非线性系统11模糊控制511观测器12t-s模型512自适应模糊控制13鲁棒自适应控制413网络控制系统14空天飞行器414模糊控制15时滞系统415保性能控制16并行分布补偿416不确定17变结构控制417鲁棒自适应控制18不确定性418鲁棒性19鲁棒h∞控制319输出反馈20非线性扰动320线性矩阵不等式(lmi)21非线性不确定系统321滑模22轨迹线性化控制322时变时滞23稳定性323h∞控制24滑模324鲁棒镇定25渐近稳定325鲁棒26模糊系统326迭代学习控制27时滞327跟踪控制28容错控制328稳定性分析29不确定非线性系统329时滞系统30不确定330故障诊断31t-s模糊系统331参数不确定性32鲁棒稳定性232切换系统33高阶非线性系统233不确定时滞34飞行控制系统234t-s模糊模型35预测控制235backstepping36观测器236鲁棒自适应37自适应神经网络237鲁棒稳定38结构系统238鲁棒h∞控制39混沌系统239高阶滑模控制40时滞相关240非线性时滞系统41故障检测241非线性扰动42振动控制242非线性切换系统43扩张状态观测器243非线性不确定系统44执行器故障244非线性不确定性45干扰抑制245输出反馈控制46姿态机动246船舶、舰船工程47增广变量法247自适应观测器48双臂空间机器人248积分变结构49保性能控制249状态反馈50不确定系统250滑模面51不确定时滞系统251模糊逻辑系统52rbf神经网络252模糊自适应控制2008年2009年53lorenz系统253模糊控制器54h∞控制254机器人系统55鲁棒镇定155最小二乘法56鲁棒自适应控制器156最优逼近误差57鲁棒稳定157时延58鲁棒混合自适应控制158故障的重构59鲁棒无源控制159广义系统60鲁棒控制lyapunov函数160干扰抑制61鲁棒性估计161容错62鲁棒l2控制162变结构控制63鲁棒163反推方法64高超声速164动态不确定65高增益k-滤波器165分散控制66饱和控制166全局稳定67飞行控制167rbf神经网络68飞行器控制、导航技术168pid控制69风险叠加169lyapunov稳定性70风险价值170lyapunov方法71预测171lyapunov-like函数72非连续投影172backstepping设计73非脆弱状态反馈173backstepping方法74非脆弱控制174鲁棒补偿75非线性随机系统175鲁棒舵回路控制器76非线性模型预测控制176鲁棒控制器77非线性机械系统177鲁棒控制lyapunov函数78非线性时滞系统178鲁棒容错控制79非线性摄动179鲁棒关系度80非线性控制系统180鲁捧性81非线性控制181高超声速飞行器82非线性干扰182高动态83非线性不确定性183马尔可夫84非线性pid控制184饱和非线性85非差185飞行控制系统86非匹配不确定186飞行控制87静止同步串联补偿器187飞控系统88集员188预测维护89随机镇定189预测控制90随机激励190预测可靠性91随机故障191非脆弱控制器92随机平均法192非脆弱控制93随机动态规划193非线性自适应控制94邻域194非线性网络控制系统95退化中立型时滞系统195非线性系统控制96辨识196非线性模型预测控制97输出调节197非线性大系统98输出反馈控制198非线性参数化不确定99输出反馈199非线性参数化100输入非线性1100非线性动力系统101输入时滞1101非线性mimo系统102轨迹跟踪控制1102非线性h控制103轨迹跟踪1103非完整系统104跟踪控制1104非匹配线性系统105跟踪保性能控制1105非匹配不确定性106超扭曲滑模1106非光滑
控制与制导
本文2004206205收到,李阳系海军装备技术研究所工程师;朱家仪系海军装备部三院军代室工程师;李树民系海装军械保障部工程师非线性控制理论的回顾与展望
李 阳 朱家仪 李树民
摘 要 回顾了非线性控制理论的发展过程,详细讨论了非线性控制理论的微分几何方法、变结构控制理论、鲁棒控制理论、自适应控制理论、逆系统方法与智能控制理论的研究现状与存在的问题,展望了非线性复杂系统、混沌动力学与非线性系统的辨识与控制。 主题词 非线性控制理论 变结构控制
鲁棒控制 智能控制 辨识
引言
反馈控制理论的发展可以追
溯到公元前300年,经典控制理
论发展的起点被认为是以奈奎斯
特1932年发表的关于反馈放大
器稳定性的经典论文为标志,在
第二次世界大战期间武器控制的
需要使经典的反馈控制理论得以
发展并得到完善。二战之后,冷
战的竞争以及发展空间技术的需
要,促进了自动控制学科的发
展。1960年,卡尔曼的状态变量
法开创了现代控制理论的研究,庞特里亚金的极大值原理和贝尔
曼的动态规划奠定了现代控制理
论的基础。经典控制理论与现代
控制理论以线性系统为研究对象,至今已形成了完整、系统的理论体系。控制理论的发展目前面临着
一系列严重的挑战,其中最明显
的挑战来自大范围运动的非线性
复杂系统,同时,现代非线性科
学所揭示的分叉、混沌、奇异吸
引子等,无法用线性系统理论来
解释,呼唤着非线性控制理论和
应用的突破。
1 传统的非线性研究方法及其局限性
传统的非线性研究是以死
区、饱和、间隙、摩擦和继电特
性等基本的、特殊的非线性因素
为研究对象的,主要方法是相平
面法和描述函数法。相平面法是
Poincare于1885年首先提出的一种求解常微分方程的图解方法。
通过在相平面上绘制相轨迹,可
以求出微分方程在任何初始条件
下的解。它是时域分析法在相空
间的推广应用,但仅适用于一、
二阶系统。描述函数法是P.J.
Daniel于1940年提出的非线性近似分析方法。其主要思想是在一
定的假设条件下,将非线性环节
