第 26 卷 第 12 期
Vol. 26 No. 12
控 制 与 决 策
Control and Decision
2011 年 12 月
Dec. 2011
一类具有间歇性执行器故障的时滞系统的容错控制
文章编号: 1001-0920 (2011) 12-1829-06
顾 洲
1,2
, 张建华
2
, 杜黎龙
2
(1. 南京师范大学 能源与机械工程学院，南京 210042；2. 华北电力大学 控制与计算机工程学院，北京 102206)
摘 要: 研究具有间歇性随机执行器故障的时滞系统的容错控制问题, 通过假设执行器故障的发生满足 Bernoulli 分
布, 且发生的故障服从某种概率分布, 建立具有一般性的执行器故障模型. 利用时滞分段分析方法, 有效地降低了时
滞带来的保守性, 并给出了故障分布依赖和时滞分段依赖的容错控制器解的存在条件. 最后, 通过算例验证了所提出
方法的有效性.
关键词: 故障分布依赖；时滞分段依赖；容错控制；随机故障模型
中图分类号: TP273 文献标识码: A
Fault tolerant control for a class of time-delay systems with intermittent
actuators failure
GU Zhou
1,2
, ZHANG Jian-hua
2
, DU Li-long
2
(1. School of Energy and Mechanical Engineering，Nanjing Normal University，Nanjing 210042，China;
2. School of Control and Computer Engineering，North China Electronic Power University，Beijing 102206，China.
Correspondent：GU Zhou，E-mail：guzhouok@gmail.com)
Abstract: This paper investigates a fault tolerant control for time-delay systems with intermittent actuators failure. Assuming
that the actuators fault occurring obeys Bernoulli distribution, and the fault model obeys a certain probabilistic distribution,
a general actuator-fault model is established. By employing delay-segmented method, a less conservative result is obtained.
Based on fault-distribution-dependent and delay-segment-dependent methods, Sufficient conditions are derived for ensuring
the stability of the systems with consideration of actuator failures. Illustrative examples show the effectiveness of the
proposed design procedures.
Key words: fault-distribution-dependent；delay-segment-dependent；fault tolerant control；stochastic fault model
1 引引引 言言言
随着系统控制规模、关键设备的日益庞大, 系统
发生故障的可能性逐渐增大, 但对系统可靠性的要求
却越来越高. 在实际控制过程中, 即使采用最可靠的
元器件也不能完全避免故障的发生. 容错控制指在执
行器、传感器或其他控制组件发生故障时, 闭环系统
仍保持稳定, 从而为确保系统可靠性和安全性提供一
条重要途径, 因此受到了广泛重视
[1-4]
. 时滞现象在实
际工业控制系统中普遍存在, 由于时滞的影响, 系统
的控制品质将会变差, 甚至造成系统不稳定. 因此, 在
对系统分析与综合时, 如何减小由时滞带来的保守性
问题引起了众多学者的广泛关注和研究
[5-7]
.
对故障的准确描述是容错控制中首要和关键
的一步. 为了描述控制系统中执行器 (传感器) 的故
障行为, 文献 [8] 将控制矩阵 𝐵 分解为 𝐵
Σ
和 𝐵
¯
Σ
. 其
中: Σ 为易发生故障的集合,
¯
Σ 为不发生故障的集
合, 且发生故障时对应的控制器输出为 0. [2] 设计了
具有传感器故障的静态输出反馈控制器, 其中传感
器故障模型为 𝑦
𝐹
(𝑡) = 𝛽
𝐿
𝑦(𝑡) (𝛽
𝐿
= 0或1), 在此模
型中传感器只能有两种状态: 完全失效和完好传送.
[9-10] 将执行器故障描述为 𝑢
𝐹
(𝑡) = 𝛼𝑢(𝑡), 其中 0 ⩽
𝛼 < 𝛼 < ¯𝛼 ⩽ 1, 表 示 执 行 器 可 能 发 生 全 部 失
效 (𝛼 = 0), 部分缺失 (0 < 𝛼 < 1) 以及完好 (𝛼 = 1).
在实际控制系统中, 执行器发生的故障具有一定
的动态统计规律, 其现象可能是执行器增益的正向有
界漂移, 也可能是执行器增益的部分缺失 (包括卡死).
收稿日期: 2010-07-31；修回日期: 2010-11-06.
基金项目: 国家重点基础研究发展计划项目 (2011CB710706)；国家自然科学基金项目 (60974029)；江苏省高校自然
科学基金项目 (10KJB510007).
作者简介: 顾洲(1973−), 男, 博士, 从事时滞系统的分析与综合的研究；张建华(1969−), 女, 教授, 博士生导师, 从事故
障诊断与容错控制等研究.
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