非线性滑模重构观测器设计与饱和主动容错控制

非线性滑模观测器设计及饱和容错控制一直是非线性控制领域研究的热点和难点。本书从线性系统滑模观测器出发，根据系统特点和应用需求，提出仿射、不匹配、微弱及多故障非线性系统的滑模重构观测器设计新思路。在此基础上，根据工程应用需求，提出两种饱和主动容错控制设计方法。最后对所提的理论方法进行应用研究，力图理论结合实际，突出工程应用。本书可作为控制科学与工程、航空航天等专业教研人员或研究生参考图书。

前言
第1章 线性滑模故障重构观测器设计方法 1
1.1 滑模变结构控制基本理论 1
1.1.1 滑模控制基本原理 2
1.1.2 等效控制与滑动模态方程 4
1.1.3 滑动模态的不变性 5
1.1.4 抖振问题 6
1.2 滑模状态观测器基本概念 8
1.2.1 能观性 10
1.2.2 渐近状态观测器 17
1.2.3 能观性与构造状态观测器的关系 17
1.2.4滑模观测器匹配条件 18
1.3 Utkin滑模观测器设计方法 19
1.4 Walcott-Zak滑模观测器设计方法 20
1.5 线性矩阵不等式滑模观测器设计方法 21
1.6 小结 25
第2章 基于全局微分同胚变换的鲁棒高增益滑模观测器设计 26
2.1 引言 26
2.2 预备知识 29
2.2.1 微分流形 29
2.2.2 李导数、李代数 29
2.2.3 相对阶 31
2.2.4 高增益观测器 31
2.3 多输入多输出仿射非线性系统描述 34
2.4 全局微分同胚变换 35
2.5 观测器控制增益设计 36
2.5.1 控制增益设计 37
2.5.2 滑模增益设计 39
2.6 鲁棒故障检测程式 40
2.7 数值算例 40
2.8 小结 44
第3章 不匹配非线性系统滑模故障重构观测器设计 45
3.1 引言 45
3.2 预备知识 45
3.3 不匹配非线性系统描述 48
3.4 辅助输出构建及估计 48
3.5 自适应律设计 51
3.6 观测器控制增益设计 51
3.6.1 观测器增益矩阵LMI解算 52
3.6.2 滑模增益解算 53
3.7 重构程式 55
3.8 数值算例 56
3.9 小结 60
第4章 二阶非奇异终端非线性滑模故障重构观测器设计 62
4.1 引言 62
4.2 非线性系统描述 62
4.3 降维系统构建 63
4.4 二阶非奇异终端滑模重构观测器设计 64
4.5 观测器控制增益设计 65
4.5.1 观测器增益LMI解算程式 65
4.5.2 滑模增益设计 67
4.6 重构程式 69
4.7 数值算例 70
4.8 小结 76
第5章 综合鲁棒性的非线性滑模故障重构观测器设计 77
5.1 引言 77
5.2 预备知识 78
5.3 基于H∞控制的非线性滑模鲁棒重构观测器设计 79
5.3.1 执行器及传感器同时故障非线性系统描述 80
5.3.2 增维系统构建 80
5.3.3 线性变换矩阵设计 82
5.3.4 LMI的鲁棒性设计程式 83
5.3.5 观测器控制增益设计 84
5.3.6 重构程式 88
5.3.7 数值算例 90
5.4 综合自适应控制的非线性广义滑模鲁棒重构观测器设计 94
5.4.1 含输出噪声多故障并发非线性系统描述 94
5.4.2 广义系统构建 95
5.4.3 含自适应律的广义滑模观测器设计 97
5.4.4 观测器控制增益设计 99
5.4.5 重构程式 100
5.4.6 数值算例 102
5.5 小结 106
第6章 基于自适应律及凸组合设计的饱和主动容错控制 107
6.1 引言 107
6.2 预备知识 108
6.2.1 有界范数及L2稳定性 108
6.2.2 凸集 111
6.2.3 饱和描述扇形区域法 112
6.2.4 饱和描述线性凸包法 114
6.3 饱和约束非线性系统描述 115
6.4 应对饱和的凸组合控制输入设计 116
6.5 自适应律设计 118
6.6 观测器控制增益解算 118
6.7 数值算例 121
6.8 小结 125
第7章 综合吸引域优化的饱和非线性系统多目标主动容错控制 127
7.1 引言 127
7.2 预备知识 128
7.2.1 有界实引理 128
7.2.2 吸引域及不变集 129
7.3 非线性系统描述 135
7.4 综合自适应律的主动容错控制器设计 135
7.5 控制增益的LMI解算 137
7.6 吸引域优化设计 140
7.7 数值算例 141
7.8 小结 143
第8章 应用研究 145
8.1 引言 145
8.2 飞行模拟转台伺服系统应用 145
8.2.1 系统模型 146
8.2.2 基于自适应鲁棒滑模观测器的伺服系统故障重构 149
8.2.3 多故障并发伺服系统的主动容错跟踪控制 152
8.3 飞控系统应用 155
8.3.1 飞控系统模型 155
8.3.2 飞机舵面故障模型分析 164
8.3.3 控制输入幅值饱和的飞控系统容错控制 166
8.4 小结 173
参考文献 174