一種滑模觀測器的優化方法及裝置與流程
2023-06-15 05:31:31 1
本發明涉及滑模觀測器優化技術領域，更具體地說，涉及一種滑模觀測器的優化方法及裝置。
背景技術：
滑模觀測器是指根據系統的外部變量(輸入變量和輸出變量)的實測值得出狀態變量估計值的一類動態系統，也稱為狀態重構器。
滑模觀測器的魯棒性與觀測誤差是評價觀測器性能的重要指標，但二者是相互制約的。通常希望滑模觀測器的魯棒性越強越好，觀測誤差越小越好，但是由於上述兩者是相互制約的，因此會出現滑模觀測器的魯棒性越強，觀測誤差越大，滑模觀測器的魯棒性越弱，觀測誤差越小的情況。因此，目前通常對滑模觀測器的上述指標之一做出要求，另一指標不做出具體要求，但是這樣會導致滑模觀測器的綜合性能往往無法達標。
綜上所述，如何提供一種能夠使得滑模觀測器的魯棒性及觀測誤差的綜合性能最優的技術方案，是目前本領域技術人員亟待解決的問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種滑模觀測器的優化方法及裝置，以使得滑模觀測器的魯棒性及觀測誤差的綜合性能最優。
為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種滑模觀測器的優化方法，包括：
構造如下評價函數F(α)：
F(α)＝P·A(α)+Q·B(α)，
其中，α∈[0,1]表示所述滑模觀測器的切換函數中的冪次變量，A(α)表示所述滑模觀測器的魯棒性，B(α)表示所述滑模觀測器的觀測誤差，P和Q分別對應A(α)及B(α)的預設權重係數；
將預設數量個不同取值的α代入所述評價函數中，得到對應的F(α)值，並基於該預設數量個不同取值的α及對應的F(α)值繪製評價函數曲線；
確定所述評價函數曲線中F(α)值最小的點對應α為使得所述評價函數最優的最優冪次變量取值。
優選的，所述滑模觀測器的魯棒性A(α)如下式所示：
其中，Em(α)表示所述滑模觀測器在對應匹配誤差為m時反電動勢信號的相對誤差，E0(α)為負數，表示所述滑模觀測器在對應匹配誤差為0時反電動勢信號的相對誤差。
優選的，所述滑模觀測器的觀測誤差B(α)如下式所示：
B(α)＝Em(α)。
優選的，還包括：
接收外界輸入的設置信號，並將P和Q設置成與所述設置信號對應的值。
一種滑模觀測器的優化裝置，包括：
構造模塊，用於：構造如下評價函數F(α)：
F(α)＝P·A(α)+Q·B(α)，
其中，α∈[0,1]表示所述滑模觀測器的切換函數中的冪次變量，A(α)表示所述滑模觀測器的魯棒性，B(α)表示所述滑模觀測器的觀測誤差，P和Q分別對應A(α)及B(α)的預設權重係數；
繪製模塊，用於將預設數量個不同取值的α代入所述評價函數中，得到對應的F(α)值，並基於該預設數量個不同取值的α及對應的F(α)值繪製評價函數曲線；
確定模塊，用於確定所述評價函數曲線中F(α)值最小的點對應α為使得所述評價函數最優的最優冪次變量取值。
優選的，還包括：
設置模塊，用於接收外界輸入的設置信號，並將P和Q設置成與所述設置信號對應的值。
本發明提供了一種滑模觀測器的優化方法及裝置，其中該方法包括：構造如下評價函數F(α)：F(α)＝P·A(α)+Q·B(α)，其中，α∈[0,1]表示所述滑模觀測器的切換函數中的冪次變量，A(α)表示所述滑模觀測器的魯棒性，B(α)表示所述滑模觀測器的觀測誤差，P和Q分別對應A(α)及B(α)的預設權重係數；將預設數量個不同取值的α代入所述評價函數中，得到對應的F(α)值，並基於該預設數量個不同取值的α及對應的F(α)值繪製評價函數曲線；確定所述評價函數曲線中F(α)值最小的點對應α為使得所述評價函數最優的最優冪次變量取值。本發明實施例公開的技術方案中，以滑模觀測器的切換函數中的冪次變量作為函數變量，構建基於滑模觀測器的魯棒性及觀測誤差實現的評價函數，該評價函數能夠表示滑模觀測器的綜合性能，進而通過繪製評價函數對應的評價函數曲線，以由評價函數曲線中確定出能夠使得評價函數最優，也即使得滑模觀測器的綜合性能最優的最優冪次變量取值，從而增強了滑模觀測器的綜合性能。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種滑模觀測器的優化方法的流程圖；
圖2為本發明實施例提供的一種滑模觀測器的優化裝置的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1，其示出了本發明實施例提供的一種滑模觀測器的優化方法的流程圖，可以包括以下步驟：
S11：構造如下評價函數F(α)：
F(α)＝P·A(α)+Q·B(α)，
其中，α∈[0,1]表示滑模觀測器的切換函數中的冪次變量，A(α)表示滑模觀測器的魯棒性，B(α)表示滑模觀測器的觀測誤差，P和Q分別對應A(α)及B(α)的預設權重係數。
需要說明的是，滑模觀測器通常是通過其包含的切換函數實現的，而該切換函數中包含冪次變量，此處用α表示，且α∈[0,1]。以α為變量得到對應的表示滑模觀測器的魯棒性的函數A(α)，並以α為變量得到對應的表示滑模觀測器的觀測誤差的函數B(α)，並且根據實際需要預先設定A(α)的預設權重係數P及B(α)的預設權重係數Q，其中P和Q的和為1；由此，得到上述評價函數F(α)。
S12：將預設數量個不同取值的α代入評價函數中，得到對應的F(α)值，並基於該預設數量個不同取值的α及對應的F(α)值繪製評價函數曲線。
其中預設數量可以根據實際需要進行確定，如可以選取5個，且這5個取值平均分布於0至1之間等。通過將不同取值的α代入評價函數，得到對應的F(α)值，進而繪製出對應的評價函數曲線，以由該曲線中確定出最優的點。
S13：確定評價函數曲線中F(α)值最小的點對應α為使得評價函數最優的最優冪次變量取值。
其中，F(α)值最小的點即為評價函數曲線中最優的點，對應的α也為使得評價函數最優的最優冪次變量取值，此時將該α的取值分別代入A(α)及B(α)，得到評價函數最優時滑模觀測器的魯棒性及觀測誤差。
本發明實施例公開的技術方案中，以滑模觀測器的切換函數中的冪次變量作為函數變量，構建基於滑模觀測器的魯棒性及觀測誤差實現的評價函數，該評價函數能夠表示滑模觀測器的綜合性能，進而通過繪製評價函數對應的評價函數曲線，以由評價函數曲線中確定出能夠使得評價函數最優，也即使得滑模觀測器的綜合性能最優的最優冪次變量取值，從而增強了滑模觀測器的綜合性能。
本發明實施例提供的一種滑模觀測器的優化方法，滑模觀測器的魯棒性A(α)可以如下式所示：
其中，Em(α)表示滑模觀測器在對應匹配誤差為m時反電動勢信號的相對誤差，E0(α)為負數，表示滑模觀測器在對應匹配誤差為0時反電動勢信號的相對誤差。
滑模觀測器的觀測誤差B(α)可以如下式所示：
B(α)＝Em(α)。
其中匹配誤差為滑模觀測器對應的系統參數的匹配誤差，其與反電動勢信號均與現有技術中對應概念一致，在此不再贅述。
具體來說，滑模觀測器的狀態空間可以表示為
其中，
在上述全部公式中，α1和α2為分別與匹配誤差具有預先設定的對應關係的變量，也即對應於不同的匹配誤差均具有對應的α1和α2的取值，α∈[0,1]為變量外，其他均為預先確定的與滑模觀測器對應的常量，由此，通過將不同匹配誤差對應的α1和α2的取值及α的取值代入上述公式，最終能夠計算得出s的值，進而得到對應與不同匹配誤差及α的取值的x及最終按照下列公式可以計算出對應的Em(α)：
其中，e為自然常熟，對應的，E0(α)也按照上式進行計算，區別僅僅在於m的取值為0。
本發明實施例提供的一種滑模觀測器的優化方法，還可以包括：
接收外界輸入的設置信號，並將P和Q設置成與設置信號對應的值。
P和Q可以根據實際需要進行預先設定，也可以根據實際需要對其進行實時更改，具體來說，用戶可以通過終端等輸入設置信號，設置信號中包括需要設置的P和Q的取值，從而使得P和Q按照設置信號中的取值進行設定，具體來說，為使滑模觀測器直接體現魯棒性與觀測誤差，可以預先設置P＝Q＝0.5，則：
當確定魯棒性與觀測誤差的影響程度後，再通過設置信號對P和Q進行對應的調整設置。
本發明實施例還提供了一種滑模觀測器的優化裝置，如圖2所示，可以包括：
構造模塊11，用於：構造如下評價函數F(α)：
F(α)＝P·A(α)+Q·B(α)，
其中，α∈[0,1]表示滑模觀測器的切換函數中的冪次變量，A(α)表示滑模觀測器的魯棒性，B(α)表示滑模觀測器的觀測誤差，P和Q分別對應A(α)及B(α)的預設權重係數；
繪製模塊12，用於將預設數量個不同取值的α代入評價函數中，得到對應的F(α)值，並基於該預設數量個不同取值的α及對應的F(α)值繪製評價函數曲線；
確定模塊13，用於確定評價函數曲線中F(α)值最小的點對應α為使得評價函數最優的最優冪次變量取值。
本發明實施例提供的一種滑模觀測器的優化裝置，還可以包括：
設置模塊，用於接收外界輸入的設置信號，並將P和Q設置成與設置信號對應的值。
本發明實施例提供的一種滑模觀測器的優化裝置中相關部分的說明請參見本發明實施例提供的一種滑模觀測器的優化方法中對應部分的詳細說明，在此不再贅述。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。