雙容液位系統(tǒng)魯棒自適應(yīng)容錯(cuò)控制
張玉燕1，孫敬武2，羅小元1，關(guān)新平1
（1燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北秦皇島0660042河北青年干部管理學(xué)院，河北石家莊050031)
摘 要：針對(duì)雙容液位控制系統(tǒng)的泄漏等故障，通過(guò)線性化建模，研究了魯棒自適應(yīng)主動(dòng)容錯(cuò)控制問(wèn)題。首先在系統(tǒng)無(wú)故障正常運(yùn)行情形，考慮建模誤差和外界干擾等不確定性，利用不確定性上界自適應(yīng)估計(jì)，設(shè)計(jì)了魯棒自適d控制器：與此同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障監(jiān)控，設(shè)計(jì)了故障診斷濾波器，并利用對(duì)不確定性上界的估計(jì)終值提出了一種新的故障檢測(cè)算法，進(jìn)一步基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障逼近，研究了一種修正控制律的自適應(yīng)魯棒容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)方法，該控制器通過(guò)補(bǔ)償故障所帶來(lái)的影響使閉環(huán)系統(tǒng)最終一致有界穩(wěn)定。最后，通過(guò)仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證了提出的方法的有效性，
關(guān)鍵詞：雙容水箱；自適應(yīng)；魯棒容錯(cuò)控制；故障診斷
中圖分類號(hào)：tp 273 文獻(xiàn)櫟識(shí)碼：a
1引言
雙容水箱是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的一類重要裝置，如在飲料、食品加工，溶液過(guò)濾，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過(guò)程中均有應(yīng)用。
雙容水箱液位控制系統(tǒng)是一種非線性系統(tǒng)，其控制方法的研究也常見(jiàn)報(bào)道：但關(guān)于雙容液位控制系統(tǒng)的容錯(cuò)控制問(wèn)題的研究，據(jù)作者所知，目前還鮮有研究。而事實(shí)是雙容水箱液位控制系統(tǒng)發(fā)生泄露、執(zhí)行器或傳感器故障的事件卻時(shí)有發(fā)生[5]。
本文針對(duì)雙容液位控制系統(tǒng)，提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷的可重構(gòu)魯棒容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì)方法．
2系統(tǒng)建模
雙客水箱液位控制系統(tǒng)工藝結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
圖中，水箱t1，t2形狀相同，均為圓柱形其橫截面積as，連接雙容的管道橫截面積為sp，t1上水流輸入速率為u，假設(shè)t1,t2.液位分別為h1，h2在t2中系統(tǒng)有輸出。
參考文獻(xiàn)[5]得系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為
設(shè)系統(tǒng)(1)的期望平衡點(diǎn)為he=[he1，he2]t，u =ue，且h1e> h2e，在此平衡點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行線性化，得到如下系統(tǒng)：
將式(2)整理成狀態(tài)空間方程描述為
進(jìn)一步，考慮系統(tǒng)存在外界干擾及可能發(fā)生泄漏、執(zhí)行器等故障，其故障系統(tǒng)可模型描述：
式中，w為外界有界擾動(dòng)；η(x，u，w)代表由參數(shù)不確定、干擾及建模誤差造成的模型不確定性。
假設(shè)滿足η(x，u，w)≤ρ（ρ為不確定性的****先驗(yàn)值），φ(x，u)為非線性故障函數(shù)，r（t – t）表示故障發(fā)生的時(shí)間概度，即：
式中，t為故障發(fā)生的時(shí)間。
3魯棒自適應(yīng)容錯(cuò)控制
本文的容錯(cuò)控制策略包括常規(guī)魯棒自適應(yīng)控制作用下的監(jiān)控和故障發(fā)生并被診斷后魯棒自適應(yīng)容錯(cuò)控制器蘑構(gòu)兩部分。為此定義一重要的時(shí)間：td>t為故障檢測(cè)時(shí)間。容錯(cuò)控制器結(jié)構(gòu)如下：
1)魯棒自適應(yīng)控制考慮系統(tǒng)(3)，由于不確定性的存在，故本文在標(biāo)稱控制器un= - kx的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)補(bǔ)償控制器un，使閉環(huán)不確定系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定。
定理1考慮不確定系統(tǒng)(3)，設(shè)汁控制器：
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