研究生开题报告怎么写？本文将以计算机论文为例，为大家分享一篇开题报告的范文样本，标题是“基于模糊控制的容错控制技术及其应用”，具体详情如下。
一、论文开题报告基本框架
论文开题报告一般由以下八个部分组成（每个院校都有固定的开题报告模板，可能有所差异，大家可以参照各自学院的要求进行写作）。具体内容如下：
1.选题的背景及意义
2.研究目标及内容
3.研究方法
4.论文大纲
5.技术难点和可能的解决方案
6.预期成果及可能的创新点
7.论文工作计划
8.参考文献
二、选题的背景及意义
1.1.1 研究背景
科学技术的快速发展让人类的生活越来越便捷，人们对便利的追求进一步的催生出更新，更高级的科技。模糊系统的诞生为人类提供了一个面对复杂系统时不一样的思路，同时也在人们的越来越精细化的需求下获得了长足的发展。由于控制系统演变的越来越庞大并且越来越复杂，系统组件也越来越多，想对一个系统进行精确的建模是不太可能的，而且由于任何控制系统都是在一定的误差范围内工作的，如此精确的模型也是没有太大必要的。对复杂模型进行简单的近似成为处理这类系统的常用手段之一。模糊系统的出现具有特别重要的意义。它对一个模型进行模糊化处理进而实行模糊化控制，而且在某些系统中可以摆脱对模型的依赖转而依靠人的经验去进行控制，并取得良好的控制效果。由于 T-S 模糊模型的特性，人们可以利用它对一个非线性模型以任意精度去全局逼近。自其 1985 年被提出以来，人们对它的研究保持着高度的兴趣。基于模糊控制的思想，人们开始重新思考很多控制相关的主题，例如切换控制[1]，容错控制[2]，神经网络控制[3]，滤波器设计[4]等等，并在这些方面取得了一定的成果。
1.1.2 研究意义
容错控制技术的出现源于人们对飞行器安全性的需求。一些被控对象所处的环境是极其复杂的，也因此面临着巨大的不确定性。例如，被控对象总是受制于调节器，传感器和其他一些系统组件所带来的误差[5]。一旦在控制器的设计阶段忽略了这些可能产生的故障，就有可能带来灾难性的后果。例如 1997 年NASA 发射的 Lewis 卫星发生故障导致所有的推力器失效，最终该卫星坠入大气层，造成巨大损失。
为了避免浪费时间和金钱，对安全性要求高的控制系统必须充分的考虑系统所面临的各种不确定性，以及由此所带来的各种误差。因此容错控制具有相当重要的意义。 将模糊控制与容错控制相结合具有一定的实际意义。首先，非线性控制对象的模糊近似模型是一系列线性模型的组合，相较于原始的非线性模型，具有更简单的形式以及更简洁的分析策略；其次，模糊控制本身能够抗干扰并具有一定的鲁棒性，在复杂环境下可以对干扰有一定的抑制效果；最后，模糊控制理论发展较为成熟，有一整套的分析与综合的策略，并在诸多生产生活的控制系统中有着十分成功的应用。已经有不少学者尝试将模糊控制理论应用到飞行器的容错控制中[6,7]，并取得不错的效果。
近空间飞行器是一类新型的空天飞行器，它可以在大气中和大气外巡航飞行。与现有的空天飞行器相比，近空间飞行器有许多优点，例如发射成本低，可重复使用，快速，容易维护等。因此，它在军事和民用上都有很高的价值[8]。近空间飞行器所处的太空环境是极其复杂的，因此存在着很大的不确定性。基于模糊控制的容错控制技术在近空间飞行器姿态控制中具有重要的意义。
三、研究内容
本文将主要研究基于模糊控制的容错控制律的分析设计。主要涉及到故障情况下的模糊系统模型的建立，在模型建立完之后，需要考虑隶属度函数信息及李雅普诺夫函数的影响，扩大模糊控制器的稳定域，并将为此建立模糊系统的局部稳定模型。此外，还考虑了系统在调节器和传感器同时存在故障时的容错控制相关问题。在理论分析完毕之后，将在近空间飞行器姿态控制系统中做仿真以说明方法的可行性。主要研究内容如下：
（1）本文将首先对模糊系统在调节器故障情况下进行建模。对于一个复杂的非线性系统而言，系统的分析和控制器的设计有很大的麻烦。考虑到 T-S 模糊模型对非线性模型的全局近似的能力，本文将对复杂控制系统进行模糊建模。对于一个实际的控制系统而言，将原始非线性模型转换为模糊模型的方案有sector 非线性方法[12]，根据选取的隶属度函数和操作点去近似的方法[7]，参数优化的方法[6]等。调节器的故障一般表现为调节器的效率损失，以至于无法输出想要的控制量。这会给控制系统的正常运行带来极大的危害。因此在对系统进行模糊建模的时候，需要考虑调节器故障带来的影响。除此之外，对于一个跟踪系统而言，总是希望控制系统最后是无静差的。因此，本文第一部分的工作就是建立一个考虑了在调节器故障情况下的无静差的跟踪控制系统。
（2）在建立完的模糊容错控制模型之后，本课题的工作重心将转移到对模糊控制器的稳定域的分析中去，以便设计出满足要求的模糊控制器。首先将考虑隶属度函数的信息对稳定域的影响。隶属度函数信息包含很多方面，诸如上下界信息，形状信息，局部特征区域的信息等。在这些信息中，文献[20]采用阶梯状函数去无限的逼近真实的隶属度函数，对隶属度函数信息的利用达到了最大化，但是也会导致待求解的 LMI 的数量剧增进而带来求解上的困难。文献[19]仅利用了隶属度函数的上下界信息，在某些情形下也可以带来很好的效果，并且 LMI 的求解上也相对简单。
（3）本课题对控制器稳定域的追求将不止于单纯的考虑进隶属度函数信息。为了继续扩大控制器的稳定域，本课题将考虑使用非二次型的李雅普诺夫函数对系统进行稳定性分析和设计。这将引入对时间的导数项，进而使得问题的分析变得困难。效仿文献[16]，本课题将考虑模糊模型的局部稳定性，并在此基础上设计局部稳定的控制器。局部稳定的模糊控制器对一些不存在全局稳定控制器的被控对象来说具有很大的应用价值，而且有些被控对象的状态是被限制在一定的范围内的。因此需要对局部稳定的模糊控制器进行深入的分析研究。
（4）实际系统中，故障的类型是多种多样的，例如调节器故障，传感器故障等。即使是同一种类型的故障也分为不同的形式。对于调节器故障来说，可以分为调节器的效率损失，调节器的加性误差，以及两者兼而有之的情形。传感器故障也具有和调节器故障相似的分类。若系统设计中未充分考虑这些误差的差异性和多样性，则最终所得到的系统将会只停留到理论分析的阶段而无法得到实际的工程应用的效果。本课题在充分考虑调节器效率损失下的容错控制之外，还探究了系统在调节器加性误差和传感器加性误差同时存在时的模糊控制问题。不同于传感器效率损失下的容错控制问题，此部分主要考虑的问题是在传感器存在误差的情形下，如何对系统的状态值和故障值进行有效的观测。
（5）在以上工作完成之后，本课题将把基于模糊控制的容错控制技术应用到近空间飞行器的姿态控制中去。近空间飞行器所处的环境十分复杂，因此存在很多的不确定性。其中，调节器的效率损失会对近空间飞行器的安全运行带来很大的危害。幸运的是，调节器的效率损失是有已知的上下界的，这满足之前建立的模糊容错控制的模型的要求，因此可以使用这一方法对近空间飞行器的姿态进行容错控制，同时也可以验证以上方法的正确性。因此，本部分的研究内容将主要集中在对近空间飞行器的模糊容错控制设计，及其在 matlab 上的仿真实现上。
四、研究方法
首先，本文针对 T-S 模糊模型控制器设计中的保守性的问题，采用了前提不匹配的隶属度函数的形式，为设计人员提供了更为灵活的控制器设计方法。在此基础上，考虑了系统遭受调节器效率损失的情形，对其设计了一套容错控制算法。使得系统在已知上下边界的调节器效率损失故障发生时，仍然能够保持预先设定好的性能指标，并给出了一个仿真例子说明算法的可行性。
其次，为了进一步的降低控制器设计的保守性，研究了局部稳定的控制器设计方法，为前面的系统设计了一个能够在预先设定好的集合范围内保持稳定的控制器的形式。然后将该方法用到前面的容错控制框架中的标称系统的设计中，得到局部稳定的调节器效率损失下的容错控制系统。
然后，由于实际系统可能同时遭受多个故障，所以研究来了系统在调节器加性误差和传感器误差以及外界干扰下的容错控制算法。为此设计了一个自适应的模糊观测器，用来同时观测系统的状态和系统的故障系数，并通过仿真例子说明所设计的算法可以得到很好的状态估计值和故障系数的估计值。
最后，在近空间飞行器的 T-S 模糊模型下对前面设计的算法一一进行了验证。分别对近空间飞行器在调节器效率损失下的容错控制算法，局部稳定的调节器效率损失下的容错控制算法，以及调节器加性误差和传感器加性误差同时存在时的容错控制算法进行了仿真。最后得到了理想的结果。
五、研究结论
本文在 T-S 模糊模型的框架下研究了容错控制的相关理论。重点放在了通过前提不匹配的隶属度函数和局部稳定性理论来降低 T-S 模糊模型下控制器设计的保守性，以及系统分别在仅受调节器效率损失和调节器加性误差和传感器加性误差同时存在的两种情况下的容错控制问题。最后在近空间飞行器上对以上算法分别进行了仿真，证明了所设计算法的合理性。 纵观本文的研究内容，主要研究成果总结如下：
（1）研究了隶属度函数对降低控制器保守性的作用，同时设计出了前提不匹配的控制器用以降低控制器设计的保守性，进而将这种前提不匹配的控制器应用到了一类调节器效率损失故障的容错控制中去，收到了良好的控制效果。与其他同类型的文献作比较可以发现，本文中的前提不匹配的算法所设计出的容错控制器的干扰抑制系数可以达到 1.65，小于其他文献中常见算法中的值，说明了本文算法的优越性。同时，在实际系统中的仿真也可以看出，该算法可以很好的应用在近空间飞行器发生调节器效率损失的情形中去。
（2）研究了局部稳定的容错控制器。采用非二次型的李雅普诺夫函数，分析和综合系统控制器，最终可以在预先设定好的集合范围内得到稳定的控制器，由于集合范围是设计者自行决定的，所以可以通过改变集合的大小来得到具有不同保守性的控制器。且实际系统中系统的状态值往往是在一定的范围内的，并且在某些系统中设计者只关注系统在某一个很小的范围内的稳定控制，例如倒立摆的控制。所以，本文通过改变集合大小的方式改变控制器的保守性具有实际应用价值。最后利用第二章中的容错控制框架，在近空间飞行器姿态控制的仿真上得到了很好的应用。 （3）研究了系统在调节器加性误差和传感器加性误差下的容错控制器。设计了有效的观测器对系统在两种故障以及外界干扰下的状态观测和故障观测。保证了系统在各种故障下的安全稳定运行。并将算法用在了近空间飞行器上的仿真，仿真结果显示了算法的合理性。
六、论文进度安排
20XX年11月01日-11月07日 论文选题
20XX年11月08日-11月20日 初步收集毕业论文相关材料，填写《任务书》
20XX年11月26日-11月30日 进一步熟悉毕业论文资料，撰写开题报告
20XX年12月10日-12月19日 确定并上交开题报告
20XX年01月04日-02月15日 完成毕业论文初稿，上交指导老师
20XX年02月16日-02月20日 完成论文修改工作
20XX年02月21日-03月20日 定稿、打印、装订
20XX年03月21日-04月10日 论文答辩
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