基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法及系统

本申请涉及网络化非线性控制，特别是涉及一种基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法及系统。

背景技术：

1、随着通信网络、嵌入式计算的发展，控制系统由单系统控制方式逐步向网络化、分布式和智能化控制方向演进。在网络化控制环境中，多个控制器、执行器和传感器通过通信网络进行信息传递。在网络通信带宽和计算资源有限的情况下，非周期性采样控制机制如事件触发控制方法能够有效降低通信负担和计算负担。

2、由于系统长时间使用中出现零部件磨损与材料老化，造成系统结构变化、参数漂移等结构故障，若控制器仍按照正常工况进行控制，会导致系统性能下降或出现安全问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法及系统，构建区分内部区域和外部区域的动态事件触发条件，在提高控制性能的同时保证系统稳定性。

2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

3、第一方面，本申请提供了一种基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法，包括：

4、为目标网络化控制环境中非线性系统构建不确定非线性系统模型；

5、基于所述不确定非线性系统模型构建系统状态的中间控制函数；

6、根据所述不确定非线性系统模型中系统状态向量的原点邻域内紧集，将系统状态向量划分为内部区域和外部区域；

7、基于所述中间控制函数，引入辅助变量，构建区分内部区域和外部区域的动态事件触发条件；

8、当满足动态事件触发条件发生故障时，对系统结构故障进行补偿，并采用动态事件触发容错控制律更新非线性系统的控制输入。

9、可选地，所述不确定非线性系统模型的状态空间表达式为：

10、；

11、其中，为系统状态向量，和分别为系统状态向量中第i个系统状态和第n个系统状态，为的导数，为的导数，为第i个构造向量，，t表示转置，为不确定参数向量，为m维的实数集，为已知非线性函数，为已知非线性函数向量，表示控制输入，为系统输出，为未知的系统结构故障函数；、和均为连续可微函数，且满足、和，表示向量。

12、可选地，所述非线性系统为四分之一主动悬架系统，所述四分之一主动悬架系统的不确定非线性系统模型的状态空间表达式为：

13、；

14、其中，为主动悬架簧载质量竖直方向位移，为的导数，为非簧载质量竖直方向位移，为的导数，为簧载质量，为非簧载质量，表示悬架刚度，为悬架阻尼系数，为非簧载部分等效刚度，为非簧载部分等效阻尼系数，表示路面位移，为的导数。

15、可选地，基于所述不确定非线性系统模型构建系统状态的中间控制函数之后，还包括：构建不确定参数更新律；

16、所述中间控制函数表示为：

17、

18、

19、；

20、其中，、、分别为第1、2、i个中间控制函数，，，，、和分别为、和坐标变换后的值，、和均为正的控制器参数，为不确定参数向量估计值；

21、不确定参数更新律的表达式为：

22、；

23、其中，为不确定参数更新律，为不确定参数更新律增益，为自定义函数；

24、。

25、可选地，基于所述中间控制函数，引入辅助变量，构建区分内部区域和外部区域的动态事件触发条件，具体包括：

26、基于所述中间控制函数，构建区分内部区域和外部区域的虚拟连续控制律；

27、基于区分内部区域和外部区域的虚拟连续控制律构建名义动态事件触发控制律；

28、通过名义动态事件触发控制律和引入辅助变量，构建区分内部区域和外部区域的动态事件触发条件。

29、可选地，所述虚拟连续控制律表示为：

30、；

31、；

32、；

33、；

34、其中，为时刻的虚拟连续控制律，为时刻的自适应控制项，为时刻的事件触发诱导的镇定项，为第n个中间控制函数，为在t时刻的取值，、分别为第个、第个动态事件触发控制输入更新时刻，为原点邻域内紧集，为原点邻域内紧集的外部区域，为控制参数；

35、所述名义动态事件触发控制律表示为：

36、；

37、其中，为时刻非线性系统在无故障情况下的名义动态事件触发控制律，为时刻的系统状态向量，为正整数集；

38、所述辅助变量表示为：

39、；

40、其中，为时刻的辅助变量，为的导数，和均为增益系数，，，为时刻虚拟连续控制律与名义动态事件触发控制律之间的误差，；

41、所述动态事件触发条件表示为：

42、。

43、可选地，当满足动态事件触发条件发生故障时，对系统结构故障进行补偿，并采用动态事件触发容错控制律更新非线性系统的控制输入，具体包括：

44、根据所述不确定非线性系统模型构建系统结构故障补偿子系统；

45、当满足动态事件触发条件发生故障时，根据所述系统结构故障补偿子系统确定系统状态变量误差；

46、采用系统状态变量误差和名义动态事件触发控制律得到动态事件触发容错控制律，采用动态事件触发容错控制律更新非线性系统的控制输入。

47、可选地，所述系统结构故障补偿子系统的构造如下形式的滤波器：

48、；

49、其中，为滤波器状态变量，为在不确定参数估计值达到稳态后在固定时间窗口下的均值，为增益常数；

50、所述系统状态变量误差表示为：

51、；

52、其中，为系统状态变量误差；

53、所述动态事件触发容错控制律表示为：

54、；

55、其中，为更新后的控制输入。

56、第二方面，本申请提供了一种基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制系统，包括部署到车辆上的控制器，所述控制器执行所述的基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法。

57、根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：

58、本申请提供了一种基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法及系统，构建区分内部区域和外部区域的动态事件触发条件，当满足动态事件触发条件发生故障时，对系统结构故障进行补偿，并采用动态事件触发容错控制律更新非线性系统的控制输入，能够根据系统状态所处区域调整控制输入更新机制，在提高控制性能的同时保证系统稳定性。

1.一种基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法，其特征在于，所述不确定非线性系统模型的状态空间表达式为：

3.根据权利要求2所述的基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法，其特征在于，所述非线性系统为四分之一主动悬架系统，所述四分之一主动悬架系统的不确定非线性系统模型的状态空间表达式为：

4.根据权利要求2所述的基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法，其特征在于，基于所述不确定非线性系统模型构建系统状态的中间控制函数之后，还包括：构建不确定参数更新律；

5.根据权利要求1所述的基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法，其特征在于，基于所述中间控制函数，引入辅助变量，构建区分内部区域和外部区域的动态事件触发条件，具体包括：

6.根据权利要求5所述的基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法，其特征在于，所述虚拟连续控制律表示为：

7.根据权利要求6所述的基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法，其特征在于，当满足动态事件触发条件发生故障时，对系统结构故障进行补偿，并采用动态事件触发容错控制律更新非线性系统的控制输入，具体包括：

8.根据权利要求7所述的基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法，其特征在于，所述系统结构故障补偿子系统的构造如下形式的滤波器：

9.一种基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制系统，其特征在于，包括部署到车辆上的控制器，所述控制器执行权利要求1-8任一项所述的基于非线性系统动态事件触发机制的容错控制方法。