严格反馈非线性不确定系统的模糊自适应容错控制

For several classes of uncertain strict-feedback nonlinear systems with actuator faults, fuzzy logic systems are utilized to model the controlled systems. According to types of the actuator faults, this project will study the fault-diagnosis (fault detection, isolation and identification) methods; On the basis of fault-diagnosis methods, this project will study the fuzzy adaptive fault-tolerant control design methods in the framework of backstepping control and nonlinear fault-tolerant control principles. For uncertain strict-feedback nonlinear systems with actuator faults and nonsmooth input characteristics (dead zones, hysteresis and input saturation), the project will further study the fault-diagnosis methods and the fuzzy adaptive fault-tolerant control design methods; This project will also study the stability, convergence and robustness issues of the corresponding fuzzy adaptive fault-tolerant control systems by applying Lyapunov stability theory and so on. The researching results of this project can provide new theories and methods for nonlinear fault-tolerant control and fuzzy adaptive control, and it has important scientific significance for developing nonlinear control theory.

本项目针对带有执行器故障的几类严格反馈非线性不确定系统（包括非线性不确定切换系统），应用模糊逻辑系统对被控对象进行建模；并根据故障的不同类型，研究具有故障检测、隔离和辨识功能的故障诊断方法；基于故障诊断所获取的有效故障信息，在反步递推控制及非线性容错控制理论框架下，研究模糊自适应容错控制设计方法；针对存在非光滑输入环节（死区、滞回和输入饱和）和执行器故障的严格反馈非线性不确定系统，进一步研究相应的故障诊断方法及模糊自适应鲁棒容错控制设计方法；应用李雅普诺夫等稳定性理论，研究所提出的各种模糊自适应容错控制系统的稳定性、收敛性和鲁棒性等理论问题。本项目的研究将为非线性容错控制及模糊自适应控制提供新的理论和方法，对发展非线性控制具有重要的科学价值。

该项目针对带有执行器故障的非线性不确定系统，包括单输入单输出非线性系统，多输入多输出非线性系统和互联非线性大系统，首先，根据不同类型的执行器故障，建立了故障的辨识和补偿机制，在此基础上，应用模糊系统理论和反步递推控制设计原理，提出了一系列模糊自适应状态反馈和输出反馈容错控制算法，并给出了相应闭环系统稳定性和收敛性的证明方法；其次，考虑被控系统存在切换行为和非光滑输入环节时，研究了具有同时抑制切换行为或非光滑输入环节的智能（模糊或神经网络）自适应鲁棒容错一体化设计方法，进而提高了容错控制方案的鲁棒性；再次，在上述两方面成果基础上，进一步研究了智能自适应优化容错控制算法以及闭环系统的稳定性和优化性的证明问题，提出了一系列模糊/神经网络自适应优化容错控制设计方法，并给出了保证相应系统稳定的理论判据；最后，将所提出的智能自适应容错控制算法应用到汽车主动悬架系统等工程实际系统的控制设计中，仿真结果验证了所提出理论成果的有效性，在实际系统中取得了满意的控制效果。本项目取得的研究成果发表在权威期刊《Automatica》、《IEEE Transactions on Fuzzy systems》、《IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems》、《IEEE Transactions on Cybernetics》、《IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics: systems》论文23篇，发表在《Fuzzy Sets and Systems》、《Information Sciences》、《International Journal of Systems Science》和《IET Control Theory & Applications》等国际重要期刊论文22篇，部分成果获得了国家教育部自然科学奖一等奖。