一種非線性參數化系統的控制方法
2023-06-14 05:24:46
專利名稱：一種非線性參數化系統的控制方法
技術領域：
本發明屬於自適應控制領域，具體得說，是一種涉及浸入與不變自適應控制的思想，結合自適應控制和動態面控制(dynamic surface control)的優點實現控制性能的提升的非線性參數化系統的控制方法。
背景技術：
非線性參數化系統的控制是當今控制界研究的熱點和難點問題。對於非線性參數化的研究不僅在理論方面有重大的意義，在工程應用上也能創造巨大的價值。實際系統中大量的不確定性項表現為非線性參數化形式，如化工過程、機器人視覺伺服、摩擦補償等系統模型。因此，有必要對於非線性參數化系統進行深入的研究。自適應控制在處理不確定性問題上有很多優點，主要體現在可以通過在線的參數估計減小可線性參數化的不確定性對於系統的影響，從而在不使用高增益的情況下獲得可觀的控制性能。但是自適應控制的缺點也是顯而易見的在受到擾動的情況下難以保持良好的控制效果，在不滿足持續激勵的條件下，很小的擾動都有可能導致系統的不穩定，也就是說自適應控制的魯棒性難以保證；另外，自適應控制的雖然穩態性能優秀，但是其暫態性能不佳。動態面控制是基本反步式方法所提出來的改進方法，它拋棄了反步法中每一步都對李雅普諾夫函數求導的過程，轉而以一階低通濾波器對虛擬控制量進行估計，解決了反步法的計算膨脹問題，使控制器變得更加簡單高效。但是傳統的動態面控制多使用RBF神經網絡對系統未知項進行逼近，這種做法能夠對任意的非線性項進行估計，但是其最大的問題在於沒有充分利用系統的先驗知識，造成信息的丟失。中國專利公開號CN101846975A發明了一種自適應魯棒控制算法來處理非線性參數化問題，該方法通過構造摩擦模型逼近器，並對其參數進行自適應調整，實現對摩擦力值的在線估計，然後通過魯棒控制器的作用使系統具有足夠的抗幹擾能力。該發明能夠保證系統有良好的魯棒性，但是該發明使用傳統的積分型估計器，不能很好地發揮自適應模塊的降低參數不確定性影響的功能。
發明內容
本發明正是針對現有技術的不足之處所作的改進，為下三角型的非線性參數化系統這一大類系統提供一種基於浸入與不變流型的動態面控制方法。本發明的具體技術方案如下本發明利用浸入與不變自適應估計率估計系統的非線性參數化的未知參數，減小參數不確定性給系統帶來的不利影響，利用動態面控制中加入的魯棒作用來抑制系統各類外部擾動和未建模動態。本發明是用動態面控制的方法反推系統，為系統設計一個相對簡單的控制器，使用浸入與不變自適應律最大程度地消除不確定性對系統控制性能的影響。其中
動態面控制拋棄了反步法中每一步都對李雅普諾夫函數求導的過程，轉而以一階低通濾波器對虛擬控制量進行估計，解決了反步法的計算膨脹問題，使控制器變得更加簡
單高效。系統的自適應估計率部分引入了浸入與不變自適應律的作用，放棄使用傳統自適應作用中的確定等價原則，改為在積分型估計器中加入調節函數的作用，實現了未知參數的精確估計。本發明中提出的的下三角型非線性參數化系統，其特徵在於可以用如下數學表達式來描述
4(0 = (0 +11 ( ⑴』 θ, ) + Δ; (x(t), t\\<i<n-\(1)
4(0 = +fn _』 θ, t)+δ _』 t\y = X1其中，《0)=[而0)工Xl(t)f eR\i = I,L 為系統的狀態，u(t) e R為系統的控制輸入，/迗0),V = I,L 為結構已知但θ值未知的光滑非線性函數，並且對θ滿足 Lipschitz條件；θ e Rp是函數的未知參數；Δ「χα)，t)，i = 1,L η是系統所有的未建模動態及幹擾項等構成的集總未知的非線性函數項。本發明中提出的的下三角型非線性參數化系統，其參數不確定性和非線性不確定性項的特徵在於不確定性是在一定的範圍之內，並且這個範圍的邊界是已知的θ e Ω 0 = { θ : θ Jfflin ^ θ J ^ θ Jfflax, j = 1，L，ρ}I Δ j (χ, t) I ^ Cli, i = 1，L, η本發明方案有如下有益效果本發明採用的動態面控制方法結合了自適應控制和魯棒控制的優點，既克服了自適應控制暫態性能差、抗幹擾能力弱的缺點；同時又在控制器設計過程中大量使用魯棒控制的方法使得系統保持了暫態性能好的優點，並克服了其保守性強的不足。本發明在動態面控制的基礎上加入了浸入與不變自適應律的作用，考慮參數的估計值和真實值之間的誤差所形成的流型，我們可以加入調節函數的作用使得估計率的設計更為靈活，並且使得整個參數估計率由傳統自適應律的積分作用轉變為比例積分作用，還避免了使用傳統的依賴於確定等價原則的參數估計器，提高了參數估計的有效性。這樣就可以在不影響控制器對系統的作用的基礎上，實現參數的精確估計。降低了系統參數不確定性對於控制性能的影響。
具體實施例方式下面結合系統(1)對發明的技術方案做進一步詳細說明。本發明的協調模塊的作用在於調和魯棒作用和自適應估計的矛盾，而矛盾在於自適應估計器產生的估計值有可能是無界的，而魯棒作用不能處理無界的控制問題。所以本發明的協調模塊採用一種連續投影的方式對自適應估計器的參數估計值進行投影，使其值保持在一個有界的範圍內，投影算法如下
權利要求
1.一種針對下三角型的非線性參數化系統的基於浸入與不變流型的動態面控制方法， 其特徵在於，利用浸入與不變自適應估計率估計系統的非線性參數化的未知參數，減小參數不確定性給系統帶來的不利影響，利用動態面控制的魯棒作用來抑制系統各類外部擾動和未建模動態，運用動態面控制的方法反推系統，為系統設計一個相對簡單的控制器，使用浸入與不變自適應律來消除不確定性對系統控制性能的影響，動態面控制以一階低通濾波器對虛擬控制量進行估計，系統的自適應估計率部分引入了浸入與不變自適應律的作用， 在積分型估計器中加入調節函數的作用，實現了未知參數的精確估計。
2.如權利要求1中所述的下三角型非線性參數化系統的基於浸入與不變流型的動態面控制方法，其特徵在於用如下數學表達式來描述
3.如權利要求1中所述的下三角型非線性參數化系統的基於浸入與不變流型的動態面控制方法，其特徵在於，其參數不確定性和非線性不確定性項的特徵在於不確定性是在一定的範圍之內，並且這個範圍的邊界是已知的θ e Ω0 = {Θ θ Jmin ^ Bj^ 0Jmax, j = l,L,p}Ai (χ, t) I ^ Cli, i = 1，L，n
全文摘要
本發明屬於自適應控制領域，公開了一種對於下三角型非線性參數化系統的動態面控制辦法。本發明提供了一種融合了動態面控制和浸入與不變自適應估計率的新型算法，該方法利用動態面控制中加入的魯棒作用來抑制系統各類外部擾動和未建模動態，防止了反步法所造的計算膨脹問題；並利用在線學習模塊的浸入與不變自適應估計率，區分了系統當中參數不確定性和未知非線性函數，並將參數不確定性的影響降到最小，最大程度的減小了不確定性對於控制性能的影響；最後利用協調模塊將自適應估計率作用和魯棒控制的作用有機地結合在一起。同時保障了系統具有良好的動態性能和穩態性能。
文檔編號G05B13/04GK102540887SQ20111044460
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者劉之濤, 呂帥, 柳向斌, 蘇宏業, 蔡建平 申請人:浙江大學