[发明专利]一种安全苛求系统的容错控制器设计方法

权利要求书

1.一种安全苛求系统的容错控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构造执行器部分失效故障模型；

S2、分别构造李雅普诺夫函数和控制障碍函数；

S3、分别构造控制李雅普诺夫函数约束条件和控制障碍函数的约束条件；

S4、构造约束条件后的控制障碍函数结合故障信息构造新的控制障碍函数；

S5、结合控制李雅普诺夫函数和新的控制障碍函数；

S6、使用二次规划方法求解控制量，得到安全苛求系统容错控制器。

2.根据权利要求1所述的安全苛求系统的容错控制器设计方法，其特征在于，所述S1中执行器部分失效故障模型的建立方法：

S1-1、建立一般非线性仿射系统存在执行器部分失效故障的模型：

S1-2、根据建立的一般非线性仿射系统存在执行器部分失效故障的模型进行改写得到故障模型

其中，是系统的状态，在t时刻的状态为x(t)，是系统的控制量输入，ρ为系统发生部分失效的失效率且0＜ρ≤1。

3.根据权利要求1所述的安全苛求系统的容错控制器设计方法，其特征在于，所述控制障碍函数的设计方法为：

针对于一般非线性仿射系统，存在集合当且仅当每一个初始状态x(0)∈C，为所有的t≥0的状态都满足x(t)∈C，集合为前向不变集；

将集合表示为关于连续可微函数的形式

存在一个满足局部Lipschitz条件的扩展κ类函数α，当且仅当所有x(t)∈C时，是障碍函数

此时集合C是一个前向不变集合或者安全集合，对于所有状态x(t)∈C，如果存在一个扩展κ类函数α，满足下列不等式，那么连续可微的函数B(x)是控制障碍函数：

4.根据权利要求3所述的安全苛求系统的容错控制器设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述控制障碍函数的约束条件中，包含消除故障影响的有关项：

所述步骤S4中，结合故障信息后构造新的控制障碍函数：

L_fB(x)+L_gB(x)u+α(B(x))≥F_M(x)

其中

根据控制障碍函数得到系统安全的控制量集合；

K_cbfd(x)＝{u∈U:L_fB(x)+L_gB(x)u-F_M(x)+α(B(x))≥0}。

5.根据权利要求4所述的安全苛求系统的容错控制器设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，控制李雅普诺夫函数的设计方法为：

存在一个连续可微的函数V(x):为所有的系统状态如果存在正数c₁,c₂,c₃＞0，那么函数V(x)是一个指数镇定的控制李雅普诺夫函数，不等式表示为

c₁||x||²≤V(x)≤c₂||x||²

其中，

得到一组使系统稳定的控制器，控制量u的集合可以表示为：

K_clf(x)＝{u∈U:L_fV(x)+L_gV(x)u+c₃V(x)≤0}

这将允许一般非线性仿射系统存在一个满足局部Lipschitz条件的控制器u为：

6.根据权利要求5所述的安全苛求系统的容错控制器设计方法，其特征在于，所述步骤S6中，通过二次规划方式求出同时满足控制李雅普诺夫函数约束条件和控制障碍函数约束条件的单个控制器：

s.t.L_fV(x)+L_gV(x)u+α(V(x))-δ≤0

L_fB(x)+L_gB(x)u+α(B(x))≥F_M(x)

其中，是一个正定矩阵，δ是松弛变量。