基于随机发生不完全信息的滑模控制及故障重构研究

This project will investigate the problems of the sliding mode control and fault reconstruction of nonlinear networked systems with randomly occurring incomplete information. Firstly, we give new mathematical models to characterize the phenomena (including the successive packet dropout, random communication delays, randomly occurring actuator fault, network-induced nonlinearities etc.). The established model can characterize statistically the incomplete information with randomly occurring feature from an engineering viewpoint. Considering the physical plant involving the features of nonlinearity and stochasticity as well as the phenomena of incomplete information, the nonlinear stochastic dynamic models will be established. Subsequently, we investigate the sliding mode control problems for nonlinear networked systems with randomly occurring incomplete information. Based on the available probability information of the randomly occurring incomplete information, the sliding mode surfaces and sliding mode controllers with compensation capability will be designed, new sliding mode control schemes will be given to guarantee the less conservativeness and multiple performance indices simultaneously, and new methods will be proposed to attenuate the chattering phenomenon. Moreover, by employing the developed strategies of the sliding mode design, the fault reconstruction problems will be studied for nonlinear networked systems with randomly occurring incomplete information. This proposal will contribute to the development of theories of networked control systems and nonlinear stochastic systems. The obtained results will provide an effective means to investigate the analysis and nonlinear control for the complex dynamic systems over network environment.

本项目研究随机发生不完全信息情形下非线性网络化系统的滑模控制及基于滑模观测器的故障重构问题。首先，建立刻画连续丢包、随机通讯时滞、随机发生执行器故障、网络诱导非线性等现象的数学模型，旨在对网络化环境下具有随机发生规律的不完全信息进行具有工程意义的统计刻画。综合考虑具有非线性性和随机性的物理对象及信息不完全现象，建立合适的非线性随机动力学模型。其次，研究随机发生不完全信息情形下非线性网络化系统的滑模控制器设计问题。基于可获得的随机发生不完全信息概率，设计具有补偿能力的滑模面和滑模控制器，建立保证多种性能指标且更少保守性的新的滑模控制策略，并提出削弱抖振现象的方法。在此基础上，利用发展的滑模设计策略解决具有随机发生不完全信息的非线性网络化系统的故障重构问题。本项目将有利于促进网络化控制系统和非线性随机系统理论的发展，可为网络化复杂动态系统的分析与非线性控制提供有效的方法。

本项目研究了基于随机发生不完全信息的非线性网络化系统的滑模控制、故障检测/估计、多目标控制与估计等问题。给出了基于随机发生不完全信息的非线性网络化系统的新颖滑模控制方法（概率区间时滞影响下的自适应滑模控制、不确定发生概率情形下鲁棒滑模控制、事件触发机制下的保安全滑模控制等），得到了新的非线性网络化系统的故障检测与故障估计策略（事件触发故障检测、鲁棒故障检测、故障与状态联合优化估计等），提出了新的非线性网络化系统的多目标控制方法（一致性控制、有限时控制、同步控制等），给出了新的非线性时变网络化系统的基于通信协议的多目标估计方法（优化递推滤波、H-infinity 滤波等）。此外，将提出的理论结果应用于解决非线性时变动态网络的分布式优化估计问题，给出了具有随机耦合强度和测量丢失的事件触发状态估计算法、具有多重测量丢失的事件触发状态估计策略等，并给出了保证具有满意算法性能的判别条件。特别地，从理论上揭示了数据包丢失概率与所获得的最优估计上界的迹之间的单调性关系，给出了估计算法的有界性判别条件。本项目推动了网络化系统和非线性随机系统理论的进一步发展，研究成果可为解决基于随机发生不完全信息的非线性网络化随机系统的分析和综合问题提供有效的理论与方法。..在本项目资助下，获黑龙江省科学技术奖（自然科学类）二等奖1项，发表/录用SCI论文43篇，SCI他引次数为325次。在项目执行期间，项目负责人获得霍英东教育基金会高等院校青年教师奖三等奖、获批黑龙江省杰出青年科学基金等，培养了一批优秀的研究生。