本發明屬于互聯非線性系統分散控制領域，具體涉及互聯非線性系統在傳感器故障和輸出約束同時存在情形下的分散式容錯鎮定控制方法。

背景技術：

1、隨著技術的持續進步，控制系統的規模和復雜度不斷增加，互聯非線性系統的應用變得更加廣泛和重要。互聯非線性系統能夠處理子系統間的強耦合性，這對于現代控制理論來說是一個重要的發展方向。互聯非線性系統的典型應用包括智能制造、航空航天、工業互聯網和智能機器人集群。

2、傳感器負責收集和傳輸關于環境和設備狀態的數據，是實現自動化和智能化控制的基礎。傳感器發生故障可能導致數據失真或缺失，進而影響系統性能，引發安全問題和經濟損失。現有研究對于傳感器故障情形下的互聯非線性系統容錯控制已有一定成果，但對于傳感器故障和輸出約束同時存在的情況鮮有研究成果。

3、實際系統往往因為物理限制或安全考量而受到多種約束的制約。一旦這些約束被違反，可能會引起系統不穩定、性能降低，嚴重時還可能誘發安全事件，危及人員安全。

技術實現思路

1、針對同時含有未知傳感器故障和輸出信號約束的互聯非線性系統中現有研究的不足，提出了一種改進的障礙函數來解決輸出信號約束問題；為解決傳感器故障的容錯鎮定控制問題，設計了一種結構新穎的虛擬控制器、實際控制器和自適應參數更新律；該方案不僅可以消除傳感器故障對閉環控制系統的不利影響，還可以使系統輸出信號滿足給定的約束要求；最后，通過數值仿真驗證了所提算法的有效性。

2、為了實現上述目的，本發明提出同時含有未知傳感器故障和輸出信號約束的互聯非線性系統分散式容錯鎮定控制方法，通過以下步驟實現：

3、步驟一、考慮如下具有n個子系統的互聯非線性系統：

4、

5、其中，xij(t)(i＝1，2,...，n，j＝1，2,...，ni)表示系統的狀態，uif(t)表示系統的控制輸入，yi(t)表示系統的輸出，其中n為子系統的序號，ni為子系統的階數；是傳感器測得的狀態變量；是未知的非線性函數，是未知的互聯函數；pij(t)是未知的故障因子；ni1和ni2是預設的約束邊界。

6、對于傳感器故障因子pij(t)有如下假設：

7、0<pij,0≤pij(t)≤1

8、其中，pij,0是一個常數；pij(t)本身及其一階導都是有界的。

9、步驟二、障礙函數構造方法如下所示：

10、

11、其中，mij(t)是二階連續可微的正時變函數，并且滿足mij(0)>mij(t)，t∈(0，+∞)。ζi1(yi)的定義如下：

12、ζi1(yi)＝oi1(yi)qi1(yi)+oi2(yi)qi2(yi)

13、其中，si1和si2是正的常數，并且滿足si1≤mi1(0)，si2≤mi2(0)。qi1(yi)，qi2(yi)的定義如下：

14、

15、當ei1(t)有界時，系統輸出yi(t)將被嚴格約束在ni1(-mi1(t))<yi＜ni2(mi2(t))之內。其中，

16、本發明的主要控制目標是設計一種針對同時含有未知傳感器故障和輸出信號約束的互聯非線性系統分散式容錯鎮定控制方法，保證閉環系統的所有信號都是有界的，并且系統輸出信號滿足給定的約束要求。

17、步驟三、進行如下坐標變換：

18、zi1＝ei1

19、

20、其中，αij-1是虛擬控制輸入。

21、設計虛擬控制器αij，實際控制器uif(t)以及對應的自適應參數更新律具體如下：

22、虛擬控制器αi1為：

23、

24、虛擬控制器αij為：

25、

26、實際控制器uif(t)設計為：

27、

28、對應自適應參數更新律為：

29、

30、其中，c∈(0，1)是一個常數；sgn(*)表示符號函數；和dij為正的設計參數。

31、本發明與現有技術相比有益效果為：

32、互聯非線性系統中，現有分散式容錯控制缺乏同時解決傳感器故障和輸出信號約束問題的方法，本發明提出了一種改進的障礙函數解決了互聯非線性系統的輸出信號約束問題，所設計的虛擬控制器、實際控制器和自適應參數更新律的數學結構有別于以往文獻，所提出的控制器實現的功能與現有同類不同，可以在消除未知傳感器故障閉環控制系統不利影響的同時保證系統輸出滿足給定的約束要求。

技術特征：

1.同時含有未知傳感器故障和輸出信號約束的互聯非線性系統分散式容錯鎮定控制方法，包括未知非線性函數的辨識，未知傳感器故障的容錯控制，被控系統輸出信號的約束和實驗仿真驗證，其特征在于包含以下步驟：

2.根據權利要求書1中步驟一，考慮一類機械系統，建立如下數學模型：

3.根據權利要求書1中步驟一，對于傳感器故障因子pij(t)有如下假設：

4.根據權利要求書1中的步驟二，障礙函數構造方法如下所示：

5.根據權利要求書1中的步驟三，首先基于反步法進行如下坐標變換：

技術總結
本發明公開了一種針對同時含有未知傳感器故障和輸出信號約束的互聯非線性系統分散式容錯鎮定控制方法，包括：以同時含有未知傳感器故障和輸出信號約束情形下的互聯非線性系統為研究對象并建立數學模型；建立所施加的傳感器故障和輸出信號約束模型；通過構造一種障礙函數處理輸出信號約束問題，設計了一種結構新穎的虛擬控制器、實際控制器和自適應參數更新律解決了傳感器故障的容錯鎮定控制問題。本發明可以在互聯非線性系統同時含有未知傳感器故障和輸出信號約束的情況下消除傳感器故障對系統的不利影響，并保證系統的輸出滿足預先給定的約束要求。最后，通過數值仿真研究驗證了控制方案的實用性和有效性。

技術研發人員：周錦,高志峰,錢默抒,徐豐羽,張勇,錢文奇
受保護的技術使用者：南京郵電大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24