Adaptive Control of Linear Systems

Adaptive Control of Linear Systems with Actuator Failures

Actuator failure compensation is an important topic of both theoretical and practical significance. Actuator failures in control systems may cause severs system performance deterioration and even catastrophic closed-loop system instability. For system safety and reliability, such actuator failures must be properly accommodated.

Actuator failures are uncertain in nature. Very often it is impossible to predict in advance which actuators many fail during system operation, when the failures occur, what types and what values of the failures are. It may also be impractical to determine the failure parameters after a failure occurs. Adaptive control, which is capable of accommodating system parametric, structural, and environmental uncertainties, is a suitable for designing actuator failure compensation schemes without explicit knowledge of the occurrences of actuator failures and the failure values.

This dissertation research is focused on adaptive control of linear time-invariant (LTI) systems with unknown actuator failures characterized by some unknown inputs being stuck at some unknown fixed values. The objective is to develop a theoretical framework for adaptive control of linear systems with plant parameter and actuator failure uncertainties, guaranteeing system stability and tracking performance.

In this work, we address several adaptive actuator failure compensation problems. We first investigate the state tracking problem for LTI systems with unknown plant dynamics and actuator failures and a state feedback design is developed. We then study the output tracking problem for minimum phase LTI systems with both un-known plant parameters and actuator failures. Several designs are presented: a state feedback design and an output feedback design for single-output systems and two output feedback designs for multi-output systems. All the four designs are based on the model reference adaptive control (MR.AC) approach. Finally, we develop an out-put feedback output tracking scheme for single-output systems based on the adaptive pole placement control (APPC) approach, which is applicable to both non minimum phase and minimum phase systems.

For each design, a parameterized controller structure is first proposed, and the design conditions for plant-model matching are studied. Under the design conditions, the proposed controller structure is effective in achieving the desired plant-model matching when implemented with matching parameters. For adaptive design with plant parameter and actuator failure uncertainties, we first derive the error equations. Based on the error equations, adaptive laws updating the unknown controller parameters are derived. It is shown in detailed analysis that, for all the developed adaptive actuator failure compensation schemes, all closed-loop signals are bounded and asymptotic tracking is guaranteed, despite the uncertainties in actuator failures and plant parameters. In all the developed adaptive schemes, a fault detection and diagnosis procedure is not needed. Each design is followed by a simulation study to illustrate the performance of the developed adaptive control scheme.

As a case study, a linearized longitudinal dynamics model of a transport aircraft is also used as the controlled plant in simulations to examine the effectiveness of several designs. The obtained simulation results verify the stability and asymptotic tracking performance of the developed adaptive actuator failure compensation schemes.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ระบบเชิงเส้นกับความล้มเหลวของ Actuator ควบคุมแบบอะแดปทีฟชดเชยความล้มเหลวของ actuator จะมีหัวข้อสำคัญของสำคัญทั้งทฤษฎี และปฏิบัติ Severs actuator ความล้มเหลวในการควบคุมระบบอาจทำให้เสื่อมสภาพระบบประสิทธิภาพและรุนแรงแม้วงปิดระบบไม่มีเสถียรภาพ สำหรับระบบความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ ความล้มเหลวของ actuator ดังกล่าวต้องถูกต้องอาศัยความล้มเหลวของ actuator ไม่แน่ใจในธรรมชาติ มากมักจะไม่สามารถทำนายล่วงหน้าหัวขับที่หลายที่ล้มเหลวในระหว่างการดำเนินการของระบบ เมื่อความล้มเหลวที่เกิดขึ้น ชนิดและค่าของความล้มเหลวคืออะไร มันอาจเป็นไปได้ยากเพื่อกำหนดพารามิเตอร์ล้มเหลวหลังจากเกิดความล้มเหลว ควบคุมแบบอะแดปทีฟ ซึ่งมีความสามารถในการรองรับระบบแนวพาราเมตริก โครงสร้าง และสิ่งแวดล้อม เหมาะสำหรับการออกแบบแผนค่าตอบแทนความล้มเหลว actuator ไม่รู้ชัดเจนเกิดความล้มเหลวของ actuator และค่าความล้มเหลวได้งานวิจัยวิทยานิพนธ์นี้จะเน้นควบคุมแบบอะแดปทีฟของเส้นไม่เปลี่ยนแปลงเวลา (LTI) ระบบ ด้วยโดยอินพุตไม่รู้จักบางติดอยู่ที่ค่าบางค่าคงไม่รู้จักความล้มเหลวของ actuator ไม่รู้จัก วัตถุประสงค์จะพัฒนาเป็นกรอบทฤษฎีสำหรับพืชพารามิเตอร์และ actuator ล้มเหลวไม่แน่นอน รับประกันความเสถียรของระบบ และการติดตามประสิทธิภาพการทำงานเชิงเส้นระบบควบคุมแบบอะแดปทีฟในงานนี้ เรา actuator แบบอะแดปทีฟล้มเหลวปัญหาค่าตอบแทน เราตรวจสอบสถานะการติดตามปัญหาระบบ LTI dynamics ไม่รู้จักพืชและความล้มเหลวของ actuator แรก และพัฒนาออกแบบผลตอบสนองสถานะ จากนั้นเราศึกษาปัญหาติดตามผลระบบ LTI ระยะต่ำสุดกับพืชไม่รู้จักพารามิเตอร์และ actuator ความล้มเหลว มีแสดงออกหลายแบบ: ออกแบบผลตอบสนองสถานะและข้อเสนอแนะผลการออกแบบสำหรับระบบแสดงผลเดียว และสองผลออกผลป้อนกลับระบบหลายผลลัพธ์ ออกแบบสี่ทั้งหมดขึ้นอยู่กับแบบจำลองอ้างอิงปรับตัวควบคุมนายAC) วิธีการ สุดท้าย เราสามารถพัฒนาแผนงานติดตามผลการผลป้อนกลับเข้าวางสำหรับระบบแสดงผลเดียวตามขั้วปรับตำแหน่งควบคุม (APPC) วิธี ซึ่งสามารถใช้ได้กับระบบระยะต่ำสุดและต่ำสุดไม่ใช่ระยะสำหรับแต่ละแบบ โครงสร้างควบคุมพารามิเตอร์แรกนำเสนอ และเงื่อนไขการออกแบบสำหรับการจับคู่รูปแบบโรงงานที่ได้ศึกษา ภายใต้เงื่อนไขการออกแบบ โครงสร้างควบคุมการนำเสนอมีประสิทธิภาพในการบรรลุเป้าหมายที่ระบุแบบจำลองโรงงานตรงกันเมื่อดำเนินการกับพารามิเตอร์ที่ตรงกัน ออกแบบเหมาะสมกับโรงงานพารามิเตอร์และ actuator ล้มเหลวไม่แน่นอน เราก่อนมาสมการข้อผิดพลาด ตามสมการข้อผิดพลาด มาปรับกฎหมายปรับปรุงพารามิเตอร์ของตัวควบคุมที่ไม่รู้จัก แสดงในการวิเคราะห์ว่า สำหรับทั้งหมด actuator แบบอะแดปทีฟการพัฒนาล้มเหลวแทนแผน ปิดสัญญาณทั้งหมดล้อมรอบ และติดตาม asymptotic คือ รับประกัน แม้ มีความไม่แน่นอนในความล้มเหลวของ actuator และพารามิเตอร์พืช ในทุกการพัฒนาปรับแผนงาน ไม่มีจำขั้นตอนตรวจสอบและวินิจฉัยข้อบกพร่อง ออกแบบแต่ละตาม ด้วยการศึกษาการจำลองเพื่อแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของโครงร่างการพัฒนาควบคุมแบบอะแดปทีฟเป็นกรณีศึกษา แบบเป็นเส้นตรงระยะยาว dynamics ของอากาศยานขนส่งยังใช้เป็นโรงงานจำลองการควบคุมการตรวจสอบประสิทธิภาพของการออกแบบหลาย ผลการทดลองที่ได้รับการตรวจสอบความเสถียรและประสิทธิภาพการติดตาม asymptotic actuator แบบอะแดปทีฟการพัฒนาล้มเหลวแทนโครงร่างของการ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การควบคุมการปรับตัวของระบบเชิงเส้นที่มีความล้มเหลวของอุปกรณ์ขับเคลื่อนขับเคลื่อนการชดเชยความล้มเหลวเป็นหัวข้อสำคัญของทั้งสองอย่างมีนัยสำคัญทางทฤษฎีและปฏิบัติ ความล้มเหลวของอุปกรณ์ขับเคลื่อนในระบบการควบคุมอาจก่อให้เกิดการเสื่อมสภาพ severs ประสิทธิภาพของระบบและภัยพิบัติแม้กระทั่งวงปิดไม่มั่นคงของระบบ สำหรับระบบความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ, ความล้มเหลวของตัวกระตุ้นดังกล่าวจะต้องพักอย่างถูกต้อง. ความล้มเหลวของอุปกรณ์ขับเคลื่อนมีความไม่แน่นอนในธรรมชาติ มากมักจะเป็นไปไม่ได้ที่จะคาดการณ์ล่วงหน้าซึ่งกระตุ้นจำนวนมากล้มเหลวระหว่างที่ระบบทำงานเมื่อความล้มเหลวเกิดขึ้นสิ่งที่ประเภทและสิ่งที่มีค่าของความล้มเหลวที่มี นอกจากนี้ยังอาจจะทำไม่ได้ในการกำหนดค่าพารามิเตอร์ความล้มเหลวหลังจากความล้มเหลวที่เกิดขึ้น การควบคุมการปรับตัวซึ่งเป็นความสามารถในการรองรับพาราระบบโครงสร้างและความไม่แน่นอนด้านสิ่งแวดล้อมที่เป็นที่เหมาะสมสำหรับการออกแบบแผนการชดเชยความล้มเหลวของตัวกระตุ้นโดยไม่มีความรู้อย่างชัดเจนของการเกิดขึ้นของความล้มเหลวทำงานและค่าความล้มเหลว. วิจัยวิทยานิพนธ์ฉบับนี้มุ่งเน้นไปที่การควบคุมการปรับตัวเชิงเส้น เวลาคงที่ (LTI) ระบบที่มีความล้มเหลวของตัวกระตุ้นที่ไม่รู้จักโดดเด่นด้วยปัจจัยการผลิตที่ไม่รู้จักบางคนต้องติดอยู่ที่ค่าคงที่ไม่รู้จักบาง โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนากรอบทฤษฎีสำหรับการควบคุมการปรับตัวของระบบเชิงเส้นที่มีพารามิเตอร์อาคารและตัวกระตุ้นความไม่แน่นอนความล้มเหลวรับประกันเสถียรภาพของระบบและประสิทธิภาพการติดตาม. ในงานนี้เราอยู่ที่ตัวกระตุ้นการปรับตัวหลายปัญหาชดเชยความล้มเหลว ครั้งแรกที่เราตรวจสอบปัญหาการติดตามของรัฐสำหรับระบบ LTI กับการเปลี่ยนแปลงของพืชและความล้มเหลวที่ไม่รู้จักตัวกระตุ้นและการออกแบบข้อเสนอแนะของรัฐได้รับการพัฒนา จากนั้นเราจะศึกษาปัญหาการติดตามการส่งออกสำหรับขั้นตอนขั้นต่ำระบบ LTI กับพารามิเตอร์พืชทั้งยกเลิกการเป็นที่รู้จักและความล้มเหลวของตัวกระตุ้น การออกแบบที่แสดงหลาย: การออกแบบข้อเสนอแนะของรัฐและการออกแบบข้อเสนอแนะการส่งออกสำหรับระบบเดียวที่ออกและเสนอแนะสองแบบเอาท์พุทสำหรับระบบหลายเอาท์พุท ทั้งหมดสี่การออกแบบจะขึ้นอยู่กับการควบคุมการอ้างอิงรูปแบบการปรับตัว (MR.AC) วิธีการ สุดท้ายเราพัฒนาออกนำข้อเสนอแนะโครงการติดตามการส่งออกสำหรับระบบเดียวส่งออกขึ้นอยู่กับการควบคุมการจัดวางเสาปรับตัว (APPC) วิธีการซึ่งใช้ได้กับทั้งสองขั้นตอนขั้นต่ำที่ไม่และระบบเฟสต่ำสุด. สำหรับการออกแบบแต่ละโครงสร้างควบคุมแปร เป็นคนแรกที่เสนอและเงื่อนไขการออกแบบสำหรับการจับคู่จากพืชแบบมีการศึกษา ภายใต้เงื่อนไขการออกแบบโครงสร้างการควบคุมที่นำเสนอที่มีประสิทธิภาพในการบรรลุการจับคู่พืชรูปแบบที่ต้องการเมื่อนำมาใช้กับพารามิเตอร์ที่ตรงกัน สำหรับการออกแบบการปรับตัวกับพารามิเตอร์อาคารและตัวกระตุ้นความไม่แน่นอนความล้มเหลวครั้งแรกที่เราได้รับมาจากสมการข้อผิดพลาด จากข้อผิดพลาดในสมการกฎหมายการปรับตัวการปรับปรุงพารามิเตอร์ตัวควบคุมที่ไม่รู้จักจะได้มา มันแสดงให้เห็นในการวิเคราะห์รายละเอียดที่สำหรับทุกการพัฒนารูปแบบการชดเชยความล้มเหลวของตัวกระตุ้นการปรับตัวทั้งหมดสัญญาณวงปิดที่มีการกระโดดและการติดตาม asymptotic มีการประกันแม้จะมีความไม่แน่นอนในความล้มเหลวของตัวกระตุ้นและพารามิเตอร์พืช ในทุกรูปแบบการปรับตัวที่พัฒนาแล้วตรวจสอบความผิดและขั้นตอนการวินิจฉัยไม่จำเป็นต้อง การออกแบบแต่ละคนจะตามมาด้วยการศึกษาแบบจำลองแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการทำงานของการพัฒนารูปแบบการควบคุมการปรับตัว. ในฐานะที่เป็นกรณีศึกษา, การเปลี่ยนแปลงของเส้นตรงยาวรูปแบบของเครื่องบินขนส่งยังใช้เป็นโรงงานควบคุมในการจำลองการตรวจสอบประสิทธิภาพของการออกแบบหลาย ผลการจำลองที่ได้รับการตรวจสอบความมีเสถียรภาพและประสิทธิภาพในการติดตามเชิงของการพัฒนาตัวกระตุ้นการปรับตัวแผนการชดเชยความล้มเหลว

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ปรับตัวควบคุมเชิงเส้นระบบกับตัว

ตัวชดเชยความล้มเหลวของความล้มเหลวที่สำคัญคือเรื่อง ทั้งทฤษฎี และปฏิบัติอย่าง ความล้มเหลวในระบบการควบคุม Actuator อาจทำให้เกิดการเสื่อมสภาพและ severs ระบบประสิทธิภาพระบบวงปิดที่รุนแรงไร้ เพื่อความปลอดภัย และความน่าเชื่อถือของระบบ เช่น Actuator ความล้มเหลวต้องถูกพัก

ตัวกระตุ้นความไม่แน่ใจในธรรมชาติ มากมักจะเป็นไปไม่ได้ที่จะทำนายล่วงหน้าซึ่งตัวกระตุ้นหลายล้มเหลวในการดำเนินการของระบบ เมื่อความผิดพลาดเกิดขึ้น อะไรประเภทอะไร และค่าของความล้มเหลว . มันอาจจะยากมากที่จะตรวจสอบล้มเหลวพารามิเตอร์หลังจากความล้มเหลวที่เกิดขึ้น การควบคุมแบบปรับตัว ซึ่งสามารถรองรับระบบการจัด โครงสร้างและความไม่แน่นอนด้านสิ่งแวดล้อม คือ เหมาะสำหรับการออกแบบตัวชดเชยแผนการล้มเหลวโดยไม่มีองค์ความรู้เกิดขึ้นของ Actuator และความล้มเหลวความล้มเหลวค่า

นี้วิทยานิพนธ์งานวิจัยจะเน้นการควบคุมเวลาเชิงเส้นแบบค่าคงที่ ( LTI ) ระบบที่มีลักษณะบางอย่างที่ไม่รู้จักไม่รู้จักตัวของกระผมติดอยู่ที่ไม่รู้จักการแก้ไขค่าโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาแนวคิดเชิงทฤษฎีสำหรับการควบคุมการปรับตัวของระบบเชิงเส้นที่มีความไม่แน่นอนตัวแปรพืชและตัววายรับประกันความเสถียรของระบบ และ การติดตามผลการปฏิบัติงาน

ในงานนี้ พวกเราที่อยู่หลายแบบตัววายค่าชดเชยปัญหาครั้งแรกที่เราตรวจสอบปัญหาการติดตามสถานะสำหรับระบบมัลติมีพลวัตพืชที่ไม่รู้จักและความล้มเหลวของตัวกระตุ้นและการป้อนกลับสถานะการออกแบบพัฒนา เราก็ควรศึกษาปัญหาการติดตามผลอย่างน้อยมัลติเฟสระบบทั้งสองและรู้จักพืชและตัวของความล้มเหลว การออกแบบหลายจะแสดง :ภาวะข้อเสนอแนะการออกแบบและ output ข้อมูลการออกแบบระบบการแสดงผลเดียวและสองออกความคิดเห็นแบบหลายระบบการแสดงผล . ทั้ง 4 แบบตามรูปแบบการอ้างอิงแบบควบคุม ( mr.ac ) วิธีการ ในที่สุด เราพัฒนาออกมาให้ความคิดเห็นออกติดตามโครงการออกเดี่ยวตามแบบการจัดวางระบบการควบคุมเสา ( โป ) วิธีการซึ่งใช้ได้ทั้งระบบเฟสไม่ต่ำสุดและขั้นต่ำ

สำหรับแต่ละพารามิเตอร์ควบคุมการออกแบบ โครงสร้างแรกเสนอ และการออกแบบภาพสำหรับพืชรูปแบบการจับคู่การศึกษา ภายใต้เงื่อนไขการออกแบบ การนำเสนอโครงสร้าง มีประสิทธิภาพในการควบคุมแบบพืชที่ต้องการตรงกันเมื่อใช้กับการจับคู่ค่าสำหรับการออกแบบโรงงานและตัวแบบที่มีตัวแปรความไม่แน่นอนความล้มเหลวครั้งแรกที่เราได้รับข้อผิดพลาดในสมการ ขึ้นอยู่กับข้อผิดพลาดสมการปรับกฎหมายปรับปรุงพารามิเตอร์ของตัวควบคุมที่ไม่รู้จักมา มันจะปรากฏในการวิเคราะห์รายละเอียดที่ ที่พัฒนารูปแบบการปรับตัววาย สัญญาณแบบเป็นมัดและแหล่งติดตามมีรับประกันแม้จะมีความไม่แน่นอนในความล้มเหลวของ Actuator และพารามิเตอร์ของพืช ในพัฒนาปรับรูปแบบการตรวจจับและวินิจฉัยความผิดของขั้นตอนที่ไม่จำเป็น การออกแบบแต่ละตามด้วยการจำลองเพื่อแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของการพัฒนาปรับเปลี่ยนรูปแบบการควบคุม

เป็นกรณีศึกษามีช่วงยาวพลศาสตร์แบบส่งเครื่องบินยังใช้เป็นตัวควบคุมพืชจำลองเพื่อศึกษาประสิทธิผลของการออกแบบหลาย นำผลการทดสอบตรวจสอบความมั่นคงและการติดตามผลการปฏิบัติงานเฉลี่ยของการพัฒนาแบบตัววาย

ชดเชยโครงร่าง