[發(fā)明專利]控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710018402.4
• 申請(qǐng)日: 2007-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN101105687A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林輝;齊蓉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/02
• 分類號(hào): G05B13/02
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心
• 代理人: 黃毅新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

公知的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，是上世紀(jì)八十年代中期出現(xiàn)的迭代學(xué)習(xí)控制(IterativeLearning?Control)方法。它最初是由于高性能工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡控制的要求而產(chǎn)生的。對(duì)于非線性，強(qiáng)耦合且具有重復(fù)性運(yùn)行的一大類被控對(duì)象，迭代學(xué)習(xí)控制能在不依賴于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型下，在給定的區(qū)間內(nèi)通過學(xué)習(xí)算法，能精確地跟蹤給定的軌跡。它同時(shí)具有方法簡單、控制器能在線學(xué)習(xí)，使得控制性能越來越好的特點(diǎn)。該方法在工業(yè)機(jī)器人控制應(yīng)用中取得了很大的成功。

迭代學(xué)習(xí)控制在理論研究上雖然得到了很大的發(fā)展，且在具有重復(fù)運(yùn)行條件被控對(duì)象中得到了某些應(yīng)用，但不被控制界廣泛關(guān)注的原因是它的苛刻的應(yīng)用限制條件，即：要求被控對(duì)象必須是在給定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)、要求期望軌跡在這時(shí)間區(qū)間內(nèi)是給定不變的、要求控制器在這段時(shí)間區(qū)間內(nèi)可以重復(fù)學(xué)習(xí)運(yùn)行。由于這些限制，使得它的應(yīng)用領(lǐng)域受到很大限制。

它不能解決控制領(lǐng)域中最為廣泛的應(yīng)用條件下高性能控制系統(tǒng)的問題，即：

(1)控制是連續(xù)的，即時(shí)間區(qū)間是不定的，或無限的；

(2)被控對(duì)象工作過程可能不是具有相同的重復(fù)過程；

(3)控制輸出的期望值是可變的；

(4)系統(tǒng)存在非線性，但不受所謂的“相同的初始狀態(tài)”約束，任何狀態(tài)都可視為“初始狀態(tài)”。

可以看出，工程中上述最為普遍的控制條件，恰恰是和迭代學(xué)習(xí)控制的基本應(yīng)用條件相對(duì)立的。如何打破目前迭代學(xué)習(xí)控制的限制條件，并保留迭代學(xué)習(xí)控制獨(dú)特的“學(xué)習(xí)”和非線性動(dòng)態(tài)尋優(yōu)能力、解決目前面臨的很多急需解決的非重復(fù)、非線性、且具有高性能的要求的工程的控制問題具有很大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

現(xiàn)有的迭代學(xué)習(xí)控制的三個(gè)主要限制條件，即：

(1)限定在給定的區(qū)間[t₁，t₂](相對(duì)于控制開始)；

(2)在該區(qū)間的期望輸出為固定軌跡；

(3)每次運(yùn)行過程具有相同的初始狀態(tài)，并允許控制重復(fù)上述過程進(jìn)行學(xué)習(xí)。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供一種控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，根據(jù)對(duì)迭代學(xué)習(xí)控制收斂時(shí)記錄的控制量u(t)、輸出量y(t)，期望輸出量y_d(t)和狀態(tài)量x(t)，采用最小二乘法對(duì)控制函數(shù)h進(jìn)行擬合，可以避開迭代學(xué)習(xí)控制理論的三個(gè)主要應(yīng)用限制條件，利用迭代學(xué)習(xí)控制獨(dú)特的“學(xué)習(xí)”和非線性動(dòng)態(tài)尋優(yōu)能力，解決控制界急需解決的非重復(fù)、非線性、且具有高性能的要求的工程的控制問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其點(diǎn)是包括以下步驟：

(a)根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)找出控制律的結(jié)構(gòu)函數(shù)h；

(b)根據(jù)對(duì)迭代學(xué)習(xí)控制收斂時(shí)記錄的控制量u(t)、輸出量y(t)，期望輸出量y_d(t)和狀態(tài)量x(t)，采用最小二乘法對(duì)控制函數(shù)h進(jìn)行擬合，得到控制函數(shù)h的待定參數(shù)

u(x)＝h(x，y，y_d)

控制律u(x)是狀態(tài)量x(t)、輸出量y(t)及期望輸出量y_d(t)的函數(shù)。

本發(fā)明的有益效果是：由于根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)找出控制律的結(jié)構(gòu)函數(shù)h，根據(jù)對(duì)迭代學(xué)習(xí)控制收斂時(shí)記錄的控制量u(t)、輸出量y(t)，期望輸出量y_d(t)和狀態(tài)量x(t)，采用最小二乘法對(duì)控制函數(shù)h進(jìn)行擬合，打破了迭代學(xué)習(xí)控制理論的三個(gè)主要應(yīng)用限制條件，在迭代學(xué)習(xí)控制獨(dú)特的“學(xué)習(xí)”和非線性動(dòng)態(tài)尋優(yōu)能力的基礎(chǔ)上，解決了控制界急需解決的非重復(fù)、非線性、且具有高性能的要求的工程的控制問題。采用本發(fā)明的方法先后對(duì)“混合動(dòng)力電動(dòng)汽車防滑剎車(ABS)控制”和“多電飛機(jī)機(jī)輪防滑剎車控制”進(jìn)行了控制試驗(yàn)驗(yàn)證，其控制性能非常好。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用實(shí)施例中結(jié)合系數(shù)μ和滑移率σ的關(guān)系曲線圖。

圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用實(shí)施例中期望輸出改變后控制效果曲線圖。

圖3是本發(fā)明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用實(shí)施例中跑道改變?yōu)闈衤访鏁r(shí)的控制效果曲線圖。

圖4是現(xiàn)有技術(shù)開環(huán)迭代學(xué)習(xí)控制方法基本結(jié)構(gòu)框圖。

圖5是現(xiàn)有技術(shù)閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)控制方法基本結(jié)構(gòu)框圖。