基于PI观测器的非线性切换系统故障重构容错控制方法

本文主要探讨了一类具有执行器故障的非线性切换系统中的容错控制器设计问题。在面对执行器失效的情况下，研究者着重于如何通过利用系统状态的精确估计和故障的重建来维持系统的稳定性和可靠性。文章的核心贡献可以概括如下： 首先，作者提出了在具有平均驻留时间（Average Dwell Time, ADT）的切换信号环境下，设计了一种切换PI观测器。这种观测器不仅能够对系统状态进行实时的渐近估计，而且能有效地捕捉到潜在的故障信息，起到了状态-故障双重估计的作用。PI观测器的选择是因为其具有良好的稳定性和鲁棒性，对于非线性系统尤其适合。 接着，作者通过建立线性矩阵不等式（Linear Matrix Inequality, LMI），给出了非线性切换系统中存在这种观测器的充分条件。这是理论分析的重要部分，确保了观测器设计的可行性，并为后续的容错控制提供了基础。 然后，基于PI观测器得到的状态估计和故障重构信息，作者提出了一种针对非线性切换系统的容错控制器设计策略。这个控制器旨在利用观测器提供的数据来补偿因故障导致的性能下降，并确保系统能够在一定程度上维持其预定的性能目标，即使在执行器失效时也能保持某种程度的稳定性和响应能力。 最后，通过一个实际的电子电路仿真案例，研究者验证了他们提出的容错控制方法的有效性和广泛适用性。仿真结果表明，即使在执行器故障情况下，设计的容错控制器能够显著提高系统的可用性和鲁棒性，从而支持系统在复杂环境中持续运行。 这篇文章对非线性切换系统的容错控制技术进行了深入研究，提供了一种基于观测器的方法，对于实际工业系统在面对故障时的自适应控制策略具有重要的理论指导意义和实践价值。