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Predictive fault tolerant control for LPV systems using model reference

机译：基于模型参考的LpV系统预测容错控制

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摘要

The present work proposes a Fault Tolerant Control (FTC) methodology for non-linear discrete-time systems that can be modeled as Linear Parameter Varying (LPV) systems. The proposed approach relies on the modeling of faults as additional scheduling parameters of the LPV model for the controlled system and it uses a triple loop architecture. The inner control loop is designed by means of the standard H2/H1 control methodologies based on Linear Matrix Inequalities (LMIs). The design takes into account a prespecified set of faults and the ranges of their magnitudes that are wanted to be tolerated and it assumes the availability of on-line fault estimations provided by a Fault Detection and Isolation (FDI) module. The resulting controller tries to compensate the system faults in order to maintain a satisfactory closed-loop dynamic performance, but it does not take into account possible system input and state constraints associated to actuator saturation and other physical limitations. Thus, an intermediate control loop determines the actual compensation feasibility using set invariance theory. And, when it is needed, it applies suitable additive predictive control actions that enlarge the invariant set, trying to assure that the current state remains inside the enlarged invariant set. Finally, an outer loop implements a model reference control that allows reference tracking. The use of the proposed FTC methodology is illustrated through its application to the well-known quadruple tank system benchmark.
机译：本工作提出了一种非线性离散时间系统的容错控制（FTC）方法，可以将其建模为线性参数变化（LPV）系统。所提出的方法依赖于故障建模作为受控系统LPV模型的附加调度参数，并且使用三重循环体系结构。内部控制回路是根据基于线性矩阵不等式（LMI）的标准H2 / H1控制方法设计的。该设计考虑了一组预定的故障及其希望容忍的幅度范围，并假定了由故障检测和隔离（FDI）模块提供的在线故障估计的可用性。最终的控制器试图补偿系统故障，以保持令人满意的闭环动态性能，但并未考虑可能的系统输入和与执行器饱和相关的状态约束以及其他物理限制。因此，中间控制回路使用设定不变性理论确定实际的补偿可行性。并且，在需要时，它将应用适当的加性预测控制动作来扩大不变集，以确保当前状态保持在扩大不变集内。最后，一个外循环实现了一个模型参考控件，该控件允许参考跟踪。通过将其应用到著名的四缸系统基准中，说明了拟议的FTC方法的使用。

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