非线性级联切换系统的容错控制及其在非完整机器人系统中的应用

Fault-tolerant control of switched systems is a theoretically meaningful and practically valuable research topic. This project studies robust fault-tolerant control of nonlinear cascade switched systems with structural uncertainties in system matrices, input matrices and gain matrices by using common Lyapunov Function method and average dwell-time approach. We consider two actuator fault cases: the actuators completely fail and partially fail. The feature of this project is that the proposed methods treat all actuators in a unified way without necessarily classifying all actuators into faulty actuators and healthy ones. Finally, we will apply these methods to fault-tolerant control of noholonomic robotic systems whose actuators partially fail. Compared to the existing methods, the experiments demonstrate superiority of the proposed method.

切换系统的容错控制是一个具有重要理论意义和实际价值的研究课题。本项目将针对系统矩阵、输入矩阵和增益矩阵均具有结构不确定性的非线性级联切换系统，利用共同李雅普诺夫函数方法和平均驻留时间方法分别研究执行器全部失效和部分失效情形下的鲁棒容错控制问题。本项目特点是在容错控制器执行过程中无需区分哪些执行器故障能使其失效而哪些执行器对故障具有鲁棒性。最后，将上述两种控制方法应用到部分执行器出现故障的非完整机器人系统以解决其容错控制问题。与传统方法相比，实验验证本项目所提方法的优越性。

切换系统的容错控制是一个具有重要理论意义和实际价值的研究课题。本项目针对系统矩阵、输入矩阵和增益矩阵均具有结构不确定性的非线性级联切换系统，利用共同李雅普诺夫函数方法和平均驻留时间方法分别研究了执行器全部失效和部分失效情形下的鲁棒容错控制问题。本项目特点是在容错控制器执行过程中无需区分哪些执行器故障能使其失效而哪些执行器对故障具有鲁棒性。最后，已将上述两种控制方法应用到部分执行器出现故障的非完整机器人系统以解决其容错控制问题。在执行项目的四年期间，项目组分别在自动化领域国际顶级期刊与会议IEEE Transactions on Cybernetics、IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems、IEEE Transactions on Fuzzy Systems、Control Engineering Practice、Chinese Journal of Aeronautics和Chinese Control Conference上共发表论文8篇。