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多模态切换系统的异步变结构控制与故障重构研究

批准号:
61973319
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
李繁飙
依托单位:
学科分类:
控制理论与技术
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
李繁飙

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
本项目将研究基于时间/概率触发机制的多模态切换系统的异步变结构控制和故障重构问题。深入分析异步控制与模态切换的相互作用机理及其对控制性能的影响,将切换信号的特征信息充分考虑到滑模变结构的设计和故障重构中,并在多模态切换之间引入系统运行的能量变化分析,提出有效的抑制外部干扰、内部摄动和滑模抖振的方法。将无源性、耗散性等性能约束考虑到异步切换控制的分析和综合中,致力于建立系统与外界的能量交换和内在能量消耗的关系,从而优化系统在不同模态切换下的暂态和稳态性能。进一步将设计算法应用于四旋翼系统姿态控制与抗干扰跟踪控制的仿真平台,验证理论方法的有效性。本项目旨在揭示系统模态、时间/概率触发和异步切换三者间的耦合作用机理,完善切换系统、滑模控制、故障重构等控制理论体系,并为其在实际工程中的应用提供技术支撑。
英文摘要
This project will study the asynchronous variable structure control and fault reconfiguration for multi-mode switched systems based on the time/probability triggering mechanism. The interaction mechanism of the mode switching and asynchronous phenomenon, and its influence on the control performances will be analyzed deeply. The characteristic information of switching signal will be fully taken into account in the design of sliding mode control and fault reconstruction. Furthermore, the energy changing of system operation during the multi-mode switching will be introduced and analyzed so as to propose an effective method to suppress external disturbances, internal perturbations and sliding mode chattering. Considering the performance constraints such as passivity and dissipation in the analysis and synthesis of asynchronous switching control, the relationship of the energy exchange between the system and the outside world and the internal energy consumption will be constructed so as to optimize the transient and steady state performance of the system subjects to different mode switching. In addition, some algorithms will be designed and applied to the simulation platform of attitude control and anti-disturbances tracking control of the quadrotor system to verify the effectiveness of the theoretical methods. .This project aims to explore the coupling mechanism among the system modes, time/probability triggering and asynchronous switching, improve the framework of control theories of switched system, sliding mode control method and fault reconstruction, and provide technical support for its application in practical engineering.
工业过程常伴随参数衍变、工况迁移、强关联耦合和不确定性等复杂特性,表现为系统在多个运行模态之间切换的过程。多模态切换系统可以根据运行状态在不同模态之间的切换调整控制策略,执行不同的控制算法、调整相关参数,从而实现系统稳定性、准确性和快速性等性能指标的优化结合,在航空航天、流程工业、电力电子等领域得到了广泛的应用。另一方面,融合了复杂网络通信、大规模传感器的现代工业系统常伴随通讯受限、观测数据缺失、网络拓扑结构切换等难题,导致系统模态与控制器工作模态间存在异步或错序现象,引起控制性能下降甚至系统失稳,严重破坏了系统鲁棒性、实时性和可靠性。此外,执行机构多重故障并发、参数不确定性、外部干扰等因素进一步加剧了该影响。对此,本项目深入开展了基于时间/概率触发机制的多模态切换系统的异步变结构控制和故障重构研究。提出了有效的抑制外部干扰、内部摄动和滑模抖振的综合控制方法,将无源性、耗散性等性能约束考虑到异步切换控制的分析和综合中,优化系统在不同模态切换下的暂态和稳态性能。进一步研究了多模态切换控制在无人机目标追踪与航迹规划中的应用。通过本项目研究,完善了切换系统、滑模控制、故障重构等控制理论体系,为其在实际工程中的应用提供技术支撑。基于本项目的研究成果,项目组在自动控制领域权威期刊发表SCI检索论文15篇,申请国家发明专利11项,授权国家发明专利8项。培养博士生4名、硕士生12名,进行国际国内外学术交流15人次。项目负责人获得2022年获国家自然科学基金优秀青年基金;2020年获中国自动化学会自然科学一等奖(排名第1);新增入选IEEE Trans. Systems, Man and Cybernetics: Systems、IEEE Trans. Fuzzy Systems、IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica等权威SCI期刊的副主编或青年编委。
多模态切换系统的控制及应用
  • 批准号:
    2019JJ30032
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    李繁飙
  • 依托单位:
Semi-Markov跳变系统的滑模控制与状态估计研究
  • 批准号:
    61603417
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    李繁飙
  • 依托单位:
国内基金
海外基金