一类非线性网络化系统的鲁棒主动容错控制方法研究

针对传统系统所开发的容错控制方法不能保证在网络化系统中的性能，需要开发新的容错控制算法。考虑到实际工程对象大多是非线性系统，且无法给出精确的数学模型，非线性网络化系统的鲁棒主动容错控制已成为学科前沿问题，对于非线性网络化系统的安全运行具有重要的理论意义和应用价值。目前传统的非线性系统容错控制研究的主要思路是将线性系统的容错控制器设计方法推广到非线性系统，由于网络化系统不同于传统系统的一些特性，文献中鲜有关于非线性网络化系统鲁棒主动容错控制方法的报道。本项目拟主要研究一类离散时间非线性网络化系统的主动鲁棒容错控制问题，力求对该类非线性网络化系统中故障的可检测性与可辨识性进行理论分析，给出故障的检测、分离与估计算法，并最终实现主动容错控制。本课题的研究成果不仅具有重要的理论意义，对提高非线性网络化系统的可靠性还具有潜在的应用价值。

随着物联网日益成为经济的重要增长点，其在控制系统中的表现形式——网络化系统得到了越来越多的重视。针对传统系统所开发的故障诊断和容错控制方法不能保证在网络化系统中的性能，需要开发新的故障诊断与容错控制算法。.考虑到实际工程对象大多是非线性系统，且无法给出精确的数学模型，非线性网络化系统的鲁棒故障诊断与主动容错控制已成为学科前沿问题，对于非线性网络化系统的安全运行具有重要的理论意义和应用价值。目前传统的非线性系统故障诊断与容错控制研究的主要思路是将线性系统的容错控制器设计方法推广到非线性系统，由于网络化系统不同于传统系统的一些特性，文献中鲜有关于非线性网络化系统鲁棒主动容错控制方法的报道。. 本项目执行以来，团队的主要创新性成果有：. 1、非线性网络化系统的鲁棒故障诊断。针对当前网络化故障研究中真实物理实验验证工作匮乏的现状，在国际上首次构造了基于Internet的网络化三容水箱物理系统，使其可作为基准系统对网络化故障诊断与容错控制算法进行实验验证及性能评估。此系统已授权国家发明专利，针对其提出的非线性故障检测与分离成果已在IEEE TCST上以长文形式发表。. 2、网络化系统的主动容错控制。给出了一类离散时间网络化系统的主动容错控制策略，在部分执行器失效的情况下，能够重构控制律，保证了系统的稳定性和控制性能。由于在网络化系统主动容错控制理论上的贡献，此项工作获得第8届SAFEPROCESS国际会议的Frank最佳理论论文入围奖。SAFEPROCESS是故障诊断与容错控制领域最高水准的国际会议，在大会录用的236篇论文中，此工作被评为最好的4篇理论论文之一，这也是来自亚洲的学者首次获此项荣誉。. 3、闭环系统的故障诊断。闭环的系统结构对故障诊断方法存在本质影响，闭环条件下的故障诊断是国际公认的难题。针这一前沿课题，我们提出将闭环影响视为时变系统参数和系统未知输入的思想，不仅研究了非线性闭环系统的故障检测问题，更对现有研究涉及较少的故障分离和估计问题给出了相应结论。代表性成果在IEEE TII、IEEE TIE以长文形式发表。