倒立摆系统基于事件驱动的容错控制设计.docx

摘要：倒立摆系统作为用来验证控制理论和算法有效性的实验工具，其在航天业中作为火箭拐弯和飞行姿态的修正具有重要意义，而当其发生故障时，所带来的后果相当严重。因此对于倒立摆系统的故障诊断的有效性显得相当重要，而以事件触发机制作为信息传输条件在节省通讯资源和网络资源由独到优势，且事件驱动控制可以明显的提高倒立摆系统的使用寿命。相对于故障的不可预知性，故障系统如何满足一定的性能要求问题更加具有实用意义，而容错控制理论便是基于此发展起来的。因此倒立摆系统基于事件触发的容错控制设计具有十分重要的研究意义。

本文针对一类三级倒立摆系统开展了基于事件驱动的故障诊断与容错控制设计研究。

本文采用基于解析模型的方法，在对倒立摆系统进行详细分析的基础上，根据牛顿力学分析和运动学方程建立事件触发机制下的三级倒立摆数学模型，再建立基于模型的故障诊断观测器以构建残差系统，其次将残差系统与容错控制进行集成设计，通过运用Schur补引理建立线性矩阵不等式和有界实引理判断系统是否满足性能指标保持系统稳定。最后运用MATLAB软件中的LMI工具箱进行仿真运算，通过对仿真图形的分析来验证此判定的正确性。

关键词： 倒立摆系统，事件驱动控制，容错控制，故障诊断，MATLAB

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论-1

1.1 论文研究的背景和意义-1

1.2 国内外研究现状及发展趋势-2

1.2.1 倒立摆的概述-2

1.2.2 故障检测的概述-3

1.2.3 事件驱动概述-4

1.2.4 容错控制概述-5

1.2.5 线性矩阵不等式简述-7

1.3 本文的主要工作与章节安排-7

第二章 倒立摆的数学建模-9

2.1 三级倒立摆物理模型-9

2.2 三级倒立摆实验参数-9

2.3 三级倒立摆数学模型的建立-10

2.4 本章小结-13

第三章 事件触发与故障诊断观测器容错控制集成设计-14

3.1 系统描述-14

3.2 事件触发-14

3.3 故障诊断观测器设计-15

3.4 增广故障诊断观测器设计-16

3.5 容错控制器的设计-16

3.6 性能指标-17

3.6.1 基于故障诊断观测器的故障诊断与静态容错控制器集成设计-18

3.6.2 性能指标-18

3.7 本章小结-20

第四章 仿真算例-21

4.1 LMI工具箱简介-21

4.2 仿真结果及分析-21

4.2.1仿真流程简介-21

4.2.2仿真结果分析-22

4.3 本章小结-25

第五章 总结和展望-26

5.1 总结-26

5.2 展望-27

参考文献-28

致谢-30