[發明專利]針對變時滯控制系統執行器故障的滑模預測容錯控制方法

有效

• 申請號: 201710012239.4
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN106774273B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 楊蒲;郭瑞誠;姜斌;劉劍慰;馬犇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種針對變時滯控制系統執行器故障的滑模預測容錯控制方法。根據系統輸出誤差采用極點配置方法設計得到了具有時變特征的系統滑模預測模型，該模型能夠在保證滑動模態漸進穩定的同時，動態改善系統的運動品質。考慮時滯系統同時受到內部參數攝動和外部擾動的影響，提出了一種新型的離散滑模預測參考軌跡，該參考軌跡不僅能夠保證系統的狀態在趨近滑模面的過程中具有良好的魯棒性和快速的收斂性，而且能夠明顯地抑制滑模抖振現象。利用多智能體粒子群算法改進滾動優化過程，既能夠快速準確地求解出控制律，又能夠有效避免傳統粒子群算法的早熟問題。本發明用于一類含有時變時滯的不確定離散系統的魯棒容錯控制。

技術領域

本發明涉及一種針對變時滯控制系統執行器故障的滑模預測容錯控制方法，屬于不確定離散控制系統的魯棒容錯控制技術領域。

背景技術

隨著計算機技術的飛速發展和工業自動化等領域的實際需要，離散控制系統的分析與設計已經成為控制理論的一個重要組成部分。在工程實踐中，離散系統的建模過程往往存在一定的誤差，系統的物理結構也必然會受到工作條件的影響，同時還存在著不可避免的外部干擾，所有這些不確定因素都將對離散控制系統的最終控制效果產生深刻的影響。此外，隨著實際離散控制系統組成結構的日益復雜化，在信號傳輸、計算求解、遠程控制等過程中均會引入較大的時間延遲，時滯現象的存在會使得系統分析和控制設計變得更加復雜和困難，尤其對于航空航天、精細加工等具有快響應和高精度要求的控制領域，時滯往往會造成系統的控制精度大幅降低，嚴重的甚至可能造成系統失穩等后果。隨著控制系統任務的多樣化和結構的復雜化，使系統在運行時，傳感器、執行器以及系統內部元件都不可避免地會發生故障。因此，探討與分析適用于時滯離散不確定系統的容錯控制算法，在保證系統穩定的前提下，獲得良好的控制精度與動態品質，這已成為當前亟待解決的工程應用問題。

滑模控制對于系統中存在的參數攝動、外部擾動等不確定性因素具有較強的魯棒性，因而目前在不確定離散系統控制中得到了廣泛的研究與應用。然而當離散系統存在時滯現象時，滑模控制在控制效果上表現出明顯的性能降低，尤其當時間滯后較大，而系統對快速性要求較高時，滑模控制往往難以滿足實際控制要求，甚至會出現失穩現象。相比于滑模控制，預測控制方法能夠利用其自身的預測和優化能力，估計未來一段時間的系統性能，進而得到一個在線優化的實時控制策略，更加適用于消除時滯對離散系統性能造成的影響。因此，對于帶有時滯的不確定離散系統，將滑模控制與預測控制相結合，不僅能夠充分利用滑模控制在處理含有參數攝動和外部擾動的不確定離散系統上具有的良好的魯棒性能優勢，還可以通過預測控制有效避免時滯對系統穩定性的影響，進一步優化控制效果。

目前，雖然滑模預測控制方法已成為一個解決不確定離散系統魯棒控制問題的可行方法，但是針對同時存在時滯問題的系統尚缺少深入的研究與應用。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提出一種針對變時滯控制系統執行器故障的滑模預測容錯控制方法，能夠在所設計的離散滑模預測控制律的作用下，通過利用多智能體粒子群快速準確尋優，并通過一種新型參考軌跡有效地抑制了滑模抖振現象，使得帶有執行器故障情況下的時變時滯不確定離散系統保持魯棒穩定。

技術方案：一種針對變時滯控制系統執行器故障的滑模預測容錯控制方法，根據系統輸出誤差采用極點配置方法設計得到了具有時變特征的系統滑模預測模型，該模型能夠在保證滑動模態漸進穩定的同時，動態改善系統的運動品質；考慮時滯系統同時受到內部參數攝動和外部擾動的影響，提出了一種新型的離散滑模預測參考軌跡，該參考軌跡不僅能夠保證系統的狀態在趨近滑模面的過程中具有良好的魯棒性和快速的收斂性，而且能夠明顯地抑制滑模抖振現象；利用多智能體粒子群算法改進滾動優化過程，既能夠快速準確地求解出控制律，又能夠有效避免傳統粒子群算法的早熟問題，用以針對一類含有時變時滯的不確定離散系統的魯棒容錯控制，包括如下具體步驟：

步驟1)確定不確定離散系統模型及其參數：