摘要
随着现代企业生产技术发展和控制技术的提高，设备的自动化程度越来越高，控制系统的组成也越来越复杂，尤其是在安全性要求极高的飞控系统中，容易发生不同形式的故障，这就对控制系统的性能提出了更高的要求。容错控制正是在这样的背景与需求下，得到快速发展，并在近年来成为了一大研究热点。另一方面，在复杂容错控制系统中，往往存在时滞和参数不确定性等影响系统鲁棒性和动态性能的非线性因素，为此，近年来许多学者对时滞不确定性系统的容错控制进行了研究。本文以运动捕捉系统中的四旋翼飞行器为应用对象，深入研究了一类时滞系统的容错控制方法，全文主要完成了以下工作： 首先，介绍了本文的研究背景和意义，综述了时滞系统的故障诊断和容错控制技术发展现状，分析并建立了四旋翼飞行器的动力学模型，简要阐述了整套四旋翼飞行器运动捕捉系统的组成和使用方法。 其次，针对一类具有执行器故障的时变时滞不确定系统，在执行器故障信息无法获知的情况下，提出了一种基于积分滑模的被动容错控制方法。首先基于Finsler引理给出了系统滑动模态渐近稳定的一个充分条件，然后采用等效控制设计方法给出了滑模容错控制器，使得时滞闭环不确定系统在发生执行器故障的情况下，依然能够保持稳定，并具有良好的控制性能。 再次，针对一类具有时变时滞和参数不确定性的执行器故障系统提出了一种基于滑模观测器的主动容错控制方法。在传统的滑模观测器设计基础上加上时滞补偿项，并且对误差系统给出了一种时滞依赖的稳定条件。在获取故障估计信息的基础上，设计了一种基于自适应滑模的主动容错控制律，在保证系统鲁棒性的同时改善了系统的容错性能，提高了系统的可靠性。 然后，进一步考虑时滞系统容错控制的动态性能以及控制器设计的优化，提出了一种基于最优控制的改进鲁棒容错控制方法。对于系统建模不确定性，利用线性矩阵不等式原理给出了理想滑动模态渐近稳定的一个充分条件。在容错控制律设计过程中，参考最优控制思想，采用二次型最优性能指标，从而使得闭环系统的控制律最优，进一步优化了容错控制器的设计。 最后，利用四旋翼飞行器运动捕捉仿真系统对文章所提容错算法分别进行了仿真实验，得出了详细的实验曲线，分析并说明了所提算法的有效性和可行性。
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