53、容错控制：分析与软计算解决方案

容错控制：分析与软计算解决方案

1. 容错控制概述

现代系统和工业装置的复杂性不断增加，同时对其运行和控制质量的要求也持续提高，这对控制理论以及过程和系统诊断的发展构成了严峻挑战。容错控制理论近年来的动态发展为解决这一问题提供了部分方案。

1.1 容错控制的基本概念

容错控制（FTC）旨在将先进的故障诊断和控制策略进行优化集成。一个典型的FTC系统主要由被控制和诊断的系统构成，该系统可分为三个关键部分：执行器、过程和传感器。这些部分可能会受到未知输入的影响，未知输入包括外部干扰和测量噪声，使用解析冗余时还可能包含建模不确定性。

故障被定义为系统特征参数与其标称值的不可接受变化，而失效则表示系统永久丧失执行预期任务的能力。根据相关定义，故障可分为以下几类：
- 执行器故障
- 传感器故障
- 过程故障

1.2 容错控制的重要性

随着现代工业系统复杂性、效率和可靠性需求的不断增长，无论是在理论层面还是实际应用中，都迫切需要新的故障诊断和控制技术。容错控制正是为了应对这一需求而发展起来的，它能够在系统出现故障时，通过合适的策略使系统恢复到所需的性能水平，而无需对系统的结构硬件进行修改。

2. 容错控制系统的分类

容错控制系统主要可分为被动容错控制（Passive FTC）和主动容错控制（Active FTC）两大类。

2.1 被动容错控制

被动容错控制的控制器设计旨在对一组预定义的故障具有鲁棒性。这种方法将故障视为作用在系统上的外部干扰，从而无需进行故障诊断。然而，它的明显局限性在于只能容忍有限的可能故障，并且在无故障环境下，