[發明專利]一種基于多模型的伺服系統自適應控制系統

在審

• 申請號: 201610086613.0
• 申請日: 2016-02-16
• 公開（公告）號: CN105739310A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 甘明剛;張蒙;陳杰;竇麗華;鄧方;蔡濤;白永強
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;仇蕾安

1.一種基于多模型的伺服系統自適應控制系統，其特征在于，該系統包括多模型參數估計模塊、切換機制模塊以及自適應控制器，其中所述伺服系統為該自適應控制系統的被控對象；

所述多模型參數估計模塊包括n個固定模型、1個辨識模型以及一個自適應模型；

所述多模型參數估計模塊中的每一個模型輸出一組針對所述伺服系統的模型參數，輸入至所述切換機制模塊；

所述切換機制模塊從多組模型參數中選出一組使得代價函數最小的模型參數作為最優模型參數，輸入到自適應控制器；

所述自適應控制器對輸入的最優模型參數通過自適應控制律計算獲得自適應控制量u，自適應控制量u輸入至被控對象中；自適應控制器的輸入參量包括：被控對象的期望輸出量、最優模型參數、輸出量反饋量以及不可測參量的濾波觀測值；所述被控對象的期望輸出量包括期望被控對象輸出的角度和角速度；

其中輸出反饋量為被控對象的實時輸出量；

所述不可測參量的濾波觀測值由濾波觀測器得到，所述濾波觀測器獲取被控對象的實時輸出量，濾波觀測器中的閉環觀測器對自適應控制器中的不可測參量進行一次估計，濾波觀測器中的輔助濾波器中對一次估計的誤差進行二次估計，則不可測參量的濾波觀測值由兩次估計信號復合得到；將不可測參量的濾波觀測值輸入至自適應控制器中；

所述固定模型中采用如下方式進行固定模型參數的估計：

首先利用伺服系統數學模型的靜態參數計算得到a個模型參數的預設值，并根據預設值設定每個模型參數的變化范圍，將變化范圍進行m等分處理，每個等分點對應該參數的一個估計值，一個固定模型輸出的固定模型參數是每個參數任取一個等分點估計值的組合，共有n＝(m-1)^a個固定模型；

所述辨識模型中包括低通濾波器、辨識矩陣模塊和辨識模塊，辨識模型中采用如下方式進行辨識模型參數的估計：

所述低通濾波器以自適應控制器的輸出量u、被控對象的實時輸出量x以及不可測參量的濾波觀測值組成輸入向量，其中x中包括被控對象的實時角度和角速度；低通濾波器中預先設定的切換時刻，低通濾波器在每個切換時刻進行進行濾波并輸出上述輸入向量的實時濾波值；

所述辨識矩陣模塊中包括辨識矩陣P(t)、Q(t)及其預設初始值P₀和Q₀，其中P₀和Q₀滿足P₀^-1Q₀有界，且P(t)始終可逆；辨識矩陣P(t)、Q(t)的值實時更新：P(t)為低通濾波器輸出向量與其轉置的乘積從上一切換時刻到當前時刻t的積分，Q(t)為低通濾波器輸出向量與x中的角速度的乘積從上一切換時刻到當前時刻t的積分；

所述辨識模塊中利用為P^-1(t)和Q(t)實時值的乘積作為辨識模型參數輸入至所述切換機制模塊中；

所述自適應模型以辨識模型參數和最優模型參數為參照，采用如下方式進行自適應模型參數的估計：

自適應模型中設置標識變量sw，若P(t)可逆，且在設定的模型參數取值范圍之內，則sw＝1；否則sw＝0；

以自適應控制器的輸出量u和被控對象的輸出量x為輸入，在切換時刻：當標識變量sw＝1且上一切換時刻切換機制模塊的輸出為辨識模型參數，則自適應模型參數當上一切換時刻切換機制模塊的輸出為固定模型參數時，則自適應模型參數為上一切換時刻切換機制模塊的輸出，其他情況下自適應模型參數采用不連續投影算子；輸出自適應模型的參數估計結果輸入至所述切換機制模塊作為備選。