控制重构

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是控制理论中实现动态系统容错控制的一种积极方法。当严重的故障,如执行器或传感器故障,导致控制环路断裂时,必须对其进行重组,以防止在系统层面出现故障。除了环路重组,控制器参数也必须调整,以适应变化的工厂动态。控制重构是提高反馈控制下的系统可靠性的一个构件。 故障建模右图显示了一个由控制器控制的标准控制环路的植物。 该工厂的名义线性模型是 {x˙=Ax+Buy=Cx{displaystyle{begi…

控制重构

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是控制理论中实现动态系统容错控制的一种积极方法。当严重的故障,如执行器传感器故障,导致控制环路断裂时,必须对其进行重组,以防止在系统层面出现故障。除了环路重组,控制器参数也必须调整,以适应变化的工厂动态。控制重构是提高反馈控制下的系统可靠性的一个构件。

重构问题

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故障建模 右图显示了一个由控制器控制的标准控制环路的植物

该工厂的名义线性模型是

{ x ˙ = A x + B u y = C x {dISPlaystyle {begin{cases}{dot {mathbf {x}}.}&==mathbf {A}ǞǞ++B…mathbf {y} &=mathbf {C}。{pos(288,255)}END{cases}}。

受故障影响的工厂(图中用红色箭头表示)的模型一般为

{ x ˙ f = A f x f + B f u y f = C f x f {diSPlaystyle {begin{cases}{dot {mathbf {x}}.}}_{f}&={A}_{f}_{f}mathbf {x}}_{f}mathbf {x}_{f}mathbf {u} mathbf {y}mathbf {y}_{f}&=mathbf {C}_{f}mathbf {x} _{f}mathbf {x}_{f}end{cases}}。

其中下标f {{displaystyle f}表示系统是有缺陷的。这种方法通过修改系统矩阵来模拟乘法故障。具体来说,执行器故障由新的输入矩阵B f {{displaystylemathbf {B}}代表。_{f}},传感器故障由输出矩阵C f {C} _{f}表示。_{f}}而工厂内部故障则由系统矩阵A f {A}_{f}表示。_{f}}.

上半部分显示了一个由故障检测和隔离(FDI)和重新配置组成的监督回路,它通过以下方式改变回路

从{ u , y {displaystylemathbf {u} ,mathbf {y}中选择新的输入和输出信号来改变回路。}}来达到控制目标,改变控制器的内部结构(包括动态结构和参数),调整参考输入w { wdisplaystyle mathbf {w}}。}为此,输入和输出的向量包含所有可用的信号,而不仅仅是控制器在无故障运行时使用的信号。

替代方案可以将故障建模为一个附加的外部信号f {displaystylemathbf {f}},影响状态导数和输出。}对状态导数和输出的影响如下。

{ x ˙ f = A x f + B u + E f y f = C f x f + F f {{begin{cases}{dot {mathbf {x}}}_{f}}&=C f x f + F f}}_{f}&={A}{mathbf {A}。{fnTahomafs10bord0shad01cH00FFFF}and==mathbf {A}and==mathbf {A}._{f}+{b}+{b}+{b}+{b}+{b}+{b}+{b}+{b}+{b}+{b}+{b}。mathbf {u} +mathbf {E} mathbf {E}{fnTahomafs10bord0shad01cH00FFFF}Oh!mathbf {y}_{f}&=_{c}_{f}mathbf {x}_{f}mathbf {x}.{f}+ {f}+ {f}+ {f}+ {f}+ {f}+ {f}+ {f}+ {f}+END{cases}}。

重新配置的目标

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重新配置的目标是保持重新配置的控制回路性能足以防止工厂关闭。以下目标是有区别的。

稳定

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平衡恢复

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输出轨迹恢复 状态轨迹恢复 瞬态时间响应恢复 重新配置的闭环的内部稳定性通常是最低要求。平衡恢复目标(也被称为弱目标)是指在给定的恒定输入后,重新配置的环路达到的稳态输出平衡。这个平衡必须等于相同输入下的名义平衡(当时间趋于无穷大时)。这个目标确保了重构后的稳态参考跟踪。输出轨迹恢复目标(也被称为强目标)更加严格。它要求对输入的动态响应在任何时候都必须等于额定响应。状态轨迹恢复目标施加了进一步的限制,它要求在任何输入下,通过重新配置将状态轨迹恢复到名义情况。

通常在实践中追求的是目标的组合,如平衡-恢复目标与稳定性。

对于特定的故障,是否能达到这些或类似的目标,这个问题由可重构性分析来解决。

控制重构

重构方法

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故障隐藏

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这种范式的目的是使名义控制器保持在循环中。为此,可以在故障设备和名义控制器之间放置一个重新配置块。它与故障设备一起构成了重新配置的设备。重组块必须满足这样的要求,即重组后的工厂的行为与额定的,即无故障工厂的行为相匹配。

线性模型跟随

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在线性模型跟随中,试图恢复名义闭环的形式特征。{fnFangSong_GB2312bord1shad1pos(200,288)}是狀態反饋控制結構的}的一个状态反馈控制结构被使用。新的控制器K f {displaystyle mathbf {K} _{f}}被发现近似于A ¯ { {displaystyle {bar {A}} }}在意义上接近A ¯。}}在诱导矩阵规范的意义上。

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词条目录
  1. 控制重构
  2. 重构问题
  3. 重新配置的目标
  4. 稳定
  5. 平衡恢复
  6. 重构方法
  7. 故障隐藏
  8. 线性模型跟随

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