容错控制及应用实用教案.pptx

主要(zhǔyào)内容
概述
容错控制分类
容错控制设计的主要方法
容错控制的应用(yìngyòng)
容错控制存在的问题和发展展望
第1页/共32页
第一页，共32页。
概述(ɡài shù)
引言
随着工业过程越来越趋向于大型化和复杂化，以及大规模高水平的综合自动化系统的出现，对控制质量的要求日趋突出，切实保障现代复杂过程的可靠性与安全性，具有十分重要的意义。
概念
容错控制（fault-tolerance control）的概念是1986年9月正式提出的。容错的指导思想是：一个控制系统迟早会发生故障，因此在设计控制系统时就应该考虑会发生故障和这种故障可能会对系统的性能(xìngnéng)有很大的影响。
第2页/共32页
第二页，共32页。
容错控制系统（fault-tolerance control system）是在元部件（或分系统）出现故障时仍具有完成基本功能能力的系统，其科学(kēxué)意义就是要尽量保证动态系统在发生故障时仍然可以稳定运行，并具有可以接受的性能指标。
第3页/共32页
第三页，共32页。
容错控制(kòngzhì)分类
容错控制可以从不同的角度分类
按系统：线性系统容错控制和非线性系统容错控
制
按克服故障部件：执行器、传感器、控制器故障
容错控制
按设计(shèjì)方法特点：被动容错控制、主动容错控制
第4页/共32页
第四页，共32页。
被动容错控制
其是设计适当固定结构的控制器，该控制器除了(chú le)考虑正常工作状态的参数值以外，还要考虑在故障情况下的参数值。
被动容错控制是在故障发生前和发生后使用同样的控制策略，不进行调节。
被动容错控制包括：同时镇定，完整性控制，鲁棒性容错控制，即可靠控制等几种类型。
主动容错控制
主动容错控制是在故障发生后需要从新调整控制器参数，也可能改变控制器结构。
主动容错控制包括：控制器重构，基于自适应控制的主动容错控制，智能容错控制器设计的方法。
第5页/共32页
第五页，共32页。
容错(rónɡ cuò)控制设计的主要方法
容错控制器的设计方法有硬件冗余方法和解析冗余方法两大类。
基于硬件结构上的考虑
对于某些子系统可以采用双重或更高重备份的方法来提高系统的可靠性。只要能建立起冗余的信号通道，这种方式可用于对任何硬件环节(huánjié)失效的容错控制。
从设计原则着眼，又可分为下列几种：
第6页/共32页
第六页，共32页。
静态硬件冗余
例如设置三个单元执行同一项任务，把他的处理结果，如被控变量相互比较，按多数原则（三中去二）确定判断和确定结构值。
动态硬件冗余
如果某台在干预范围内的装置出错，就将候补装置切换上去，由他接替(jiētì)前者工作。
第7页/共32页
第七页，共32页。
基于解析冗余上的考虑
与“硬件冗余”相对的是“软件冗余”，软件冗余又可分为解析冗余、功能冗余和参数冗余三种，他是利用系统中不同部件在功能上的冗余性，通过估计，以实现故障容错。
通过估计技术或其他软件算法来实现控制系统容错性具有性能好、功能强、成本低和易实现等特点。
控制器重构
重构的原则是使重构后的系统在性能上尽量接近原系统，或者即使(jíshǐ)系统性能有所降低，也能保证系统的最低性能要求，如稳定性等。
第8页/共32页
第八页，共32页。
利用测量之间或控制之间的依赖关系
设有如下系统

式中，C∈Rm×n；A∈Rn×n；B∈Rn×r
在第i个传感器失效(shī xiào)后（C矩阵的第i行变为零）
有输出

式中，Cf是C去掉第i行所得到的矩阵；
yf是y去掉yi后得到的矢量。
第9页/共32页
第九页，共32页。
设第i个传感器和其他传感器输出有线性依赖关系
即
所以可以从m-1维的输出yf综合出m维的输出
使重构系统的特性结构尽可能接近原系统的特征结构
Velle讨论了状态反馈系统执行器中断时，状态反馈矩阵的重构问题。其基本思想是重新计算状态反馈矩阵，使闭环反馈系统在正常条件(tiáojiàn)和故障发生后的特征值和特征矢量尽可能接近，设 和Vi是闭环系统正常状态下的特征值和特征矢量，当系统发生故障后，希望寻找新的反馈矩阵 ，
第10页/共32页
第十页