Fault Tolerant Control Design for Hybrid Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Hao Yang

出品人:

页数:192

译者:

出版时间:2010-2-4

价格:USD 129.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783642106804

丛书系列:

图书标签:

• Fault Tolerance
• Hybrid Systems
• Control Design
• Robust Control
• System Reliability
• Switching Systems
• Lyapunov Stability
• Observer Design
• Nonlinear Control
• Embedded Systems

现代控制理论的基石：《混合系统容错控制设计》 在高度复杂和相互关联的现代工程实践中，系统的可靠性与安全性是首要考量。从航空航天到自动驾驶汽车，从工业自动化到生命支持系统，任何微小的故障都可能导致灾难性的后果。而《混合系统容错控制设计》（Fault Tolerant Control Design for Hybrid Systems）一书，正是在这样的背景下，为我们揭示了如何构建能够抵御故障、在异常情况下依然能稳定运行的先进控制系统。 本书深入探讨了混合动力系统（Hybrid Systems）的概念，这类系统结合了连续动态行为（如微分方程描述的物理过程）与离散事件驱动的行为（如逻辑状态转换、切换等）。例如，一个具有自动变速箱的汽车，其动力系统的物理运动是连续变化的，而变速器的换挡动作则是离散的事件。本书正是聚焦于这类复杂系统中，如何实现容错控制（Fault Tolerant Control, FTC）的设计。 容错控制的核心在于，即使系统中的某些组件发生故障（如传感器失效、执行器性能下降、甚至部分模型参数发生变化），整个系统仍然能够继续安全、稳定地执行其预定任务。它不是简单地“修复”故障，而是通过设计一种“智能”的控制器，能够在检测到故障后，自适应地调整控制策略，以补偿故障的影响，维持系统的可用性。 《混合系统容错控制设计》为读者提供了一个系统性的框架，从理论基础到实际应用，全面覆盖了混合系统容错控制设计的关键环节。 理论基石与核心概念： 本书首先会梳理和介绍混合系统理论的最新进展，包括： 混合系统建模： 如何准确地描述同时包含连续动态和离散事件的系统。这可能涉及到状态机、混合自动机、模态系统等模型表示方法。读者将了解到如何将物理世界的复杂性转化为数学上可处理的模型。 容错控制基本原理： 容错控制的分类（如主动容错、被动容错）、故障检测与诊断（Fault Detection and Isolation, FDI）的基本思想，以及故障补偿策略。 不确定性与故障的描述： 如何在数学上量化和表示系统中的不确定性以及可能发生的故障类型，包括参数摄动、状态偏移、执行器增益变化等。 关键技术与设计方法： 本书的重头戏在于介绍实现混合系统容错控制的各种先进技术和设计方法。这部分内容将非常详实，涵盖： 基于模型预测控制（MPC）的容错策略： MPC以其预测能力和约束处理能力，非常适合于容错控制的设计。本书将深入探讨如何将故障信息融入MPC的预测模型和优化问题中，实现实时的故障补偿。 切换系统理论与容错控制： 许多混合系统本质上是切换系统，其动态行为在不同的模式下切换。本书将介绍如何利用切换系统的理论，设计在不同工作模式下都能保证容错性能的控制器。 滑模控制（SMC）及其容错应用： SMC以其对模型不确定性和外部扰动的鲁棒性而闻名。本书将阐述如何将SMC的思想应用于混合系统，以提供更强的容错能力。 线性矩阵不等式（LMI）方法： LMI提供了一种强大的凸优化工具，用于系统分析和控制器设计。本书将展示如何利用LMI来设计保证容错性能的控制器，例如，通过设计Lyapunov函数来证明系统的稳定性。 事件触发与采样控制下的容错： 在实际应用中，为了节省计算资源和通信带宽，常常采用事件触发或采样控制。本书将探讨如何在这些非连续采样的控制环境下实现容错。 故障检测与诊断（FDI）在容错控制中的集成： 故障的有效检测和准确诊断是容错控制的前提。本书将深入研究适用于混合系统的FDI技术，以及如何将FDI模块无缝集成到容错控制器中，实现快速响应。 状态估计与容错： 在许多情况下，系统的所有状态无法直接测量。本书将探讨如何在存在故障的情况下，设计鲁棒的状态估计算法，为容错控制提供可靠的状态信息。 实际应用与案例分析： 理论的价值最终体现在实际应用中。本书将通过具体的工程案例，展示这些理论和方法是如何在现实世界中解决实际问题的。这些案例可能包括： 航空动力系统容错控制： 例如，在飞机发动机性能下降或传感器故障时，如何调整推力以保证飞行安全。 自动驾驶车辆的转向与制动系统容错： 当某些传感器或执行器出现故障时，车辆如何保持稳定性和可控性。 工业机器人或自动化生产线的容错协调： 在机器人关节或驱动器发生故障时，如何调整其运动轨迹以避免碰撞或生产中断。 网络化混合系统的容错： 考虑通信延迟、丢包等网络因素，如何设计能够应对故障的网络化容错控制器。 本书的读者群体： 《混合系统容错控制设计》适合以下人群阅读： 控制工程领域的学者和研究人员： 为他们提供前沿的理论知识和研究方向。 在航空航天、汽车、机器人、工业自动化等领域从事研发的工程师： 为他们提供解决实际工程问题的工具和方法。 对现代控制理论和系统可靠性感兴趣的研究生： 帮助他们建立扎实的理论基础和深入的理解。 总而言之，《混合系统容错控制设计》是一部系统、深入且具有高度实践价值的著作。它不仅阐述了混合系统容错控制的理论精髓，更提供了切实可行的设计方法和工程启示，是致力于提升系统可靠性与安全性的工程师和研究人员不可或缺的参考。本书将引领读者穿越复杂的技术迷雾，掌握构建未来高可靠性智能系统的关键技能。

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