[發(fā)明專利]一種非線性系統(tǒng)的模糊重復輸出控制器及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710175552.X
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106873558B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設計）人: 王迎春;王蕊;楊東升;會國濤;付國慶;齊格;任瀟雅;任妍;谷永強
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 李曉光

本發(fā)明涉及一種非線性系統(tǒng)的模糊重復輸出控制器及其控制方法，其包括改進重復控制模塊、狀態(tài)反饋增益模塊以及模糊系統(tǒng)模塊，其中改進重復控制模塊接收非線性系統(tǒng)的輸出變量進行濾波和延時處理，輸出變量送至狀態(tài)反饋增益模塊；狀態(tài)反饋增益模塊調(diào)節(jié)重復控制模塊的輸出，并對其進行補償，狀態(tài)反饋增益模塊的輸出變量送至模糊系統(tǒng)模塊，將重復控制模塊和模糊系統(tǒng)模塊結合起來，形成非線性系統(tǒng)的模糊重復輸出控制器。本發(fā)明將模糊模型首次應用于非線性系統(tǒng)的周期性跟蹤控制問題上，將T?S模糊控制和重復控制結合形成一種新的高性能的控制方法，在基于模糊觀測器的重復控制器的設計上，將實際系統(tǒng)中模糊前提變量不可測的問題考慮其中，設計更全面。

技術領域

本發(fā)明涉及一種自動控制技術領域，具體涉及一種非線性系統(tǒng)的模糊重復輸出控制方法。

背景技術

在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展進程中，自動控制技術已經(jīng)廣泛應用于人類生活的各行各業(yè)。而一些類似于噴涂、采集的工作往往需要不斷重復的進行，這類簡單的線性系統(tǒng)可以通過重復控制來達到對周期性擾動信號的跟蹤或抑制。然而實際物理系統(tǒng)和工業(yè)過程比較復雜，這種非線性系統(tǒng)很難通過傳統(tǒng)的適用于線性系統(tǒng)的方法來建立精確地數(shù)學模型。

Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型利用非線性模糊隸屬度函數(shù)，在局部區(qū)域用多個線性時不變模型來近似表示非線性系統(tǒng)。T-S模型可以通過線性系統(tǒng)理論直接分析系統(tǒng)性能，從而降低系統(tǒng)復雜性。模糊系統(tǒng)的前提變量并不是全部可以測量的，設計基于觀測器的T-S模糊系統(tǒng)來估計當前系統(tǒng)狀態(tài)，可以減小系統(tǒng)誤差。然而這些方法都有一定的局限性，得到的結果也具有一定的保守性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中控制方法存在消除或跟蹤非線性系統(tǒng)的周期性擾動信號具有很大局限性等不足，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種具有穩(wěn)定性高、魯棒性強、能快速并準確跟蹤或消除周期性擾動信號的非線性系統(tǒng)的模糊重復輸出控制方法，本發(fā)明以Buck變換器為例，將Buck變換器動態(tài)方程抽象成非線性系統(tǒng)，用本發(fā)明提出的一種非線性系統(tǒng)的模糊重復輸出控制器及其控制方法，來快速并準確跟蹤或消除Buck變換器產(chǎn)生的諧波。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

本發(fā)明一種非線性系統(tǒng)的模糊重復輸出控制器，包括改進重復控制模塊、狀態(tài)反饋增益模塊以及模糊系統(tǒng)模塊，其中改進重復控制模塊接收非線性系統(tǒng)的輸出變量進行濾波和延時處理，輸出變量送至狀態(tài)反饋增益模塊；狀態(tài)反饋增益模塊調(diào)節(jié)重復控制模塊的輸出，并對其進行補償，狀態(tài)反饋增益模塊的輸出變量送至模糊系統(tǒng)模塊，將重復控制模塊和模糊系統(tǒng)模塊結合起來，形成非線性系統(tǒng)的模糊重復輸出控制器。

本發(fā)明還具有狀態(tài)觀測器模塊，其將非線性系統(tǒng)的輸出反饋做為參考輸入量送入改進重復控制模塊，以跟蹤當前系統(tǒng)狀態(tài)，消除系統(tǒng)中周期性擾動。

改進重復控制模塊包括周期延時子模塊和低通濾波器，其中周期延時模塊將系統(tǒng)的輸入變量進行延時處理，再經(jīng)低通濾波器濾除高頻信號，使得改進重復控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋跟蹤誤差小于或等于整個反饋控制系統(tǒng)。

狀態(tài)反饋增益模塊包含重復控制器增益子模塊、狀態(tài)觀測器反饋增益子模塊，其中，重復控制器增益子模塊接收改進重復控制模塊的輸出，以調(diào)節(jié)重復控制模塊中低通濾波器的狀態(tài)變量和輸入改進重復控制模塊的跟蹤誤差；狀態(tài)觀測器反饋增益子模塊接收狀態(tài)觀測器模塊的狀態(tài)估計量，以根據(jù)狀態(tài)觀測器模塊狀態(tài)變量調(diào)節(jié)整個反饋系統(tǒng)的狀態(tài)，從而能控制整個系統(tǒng)。

本發(fā)明一種非線性系統(tǒng)的模糊重復輸出控制方法，包括以下步驟：

根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)中遇到的實際物理系統(tǒng)中具有多變量輸入輸出、不確定時滯和擾動項特點的復雜系統(tǒng)，將上述復雜系統(tǒng)抽象出動態(tài)數(shù)學方程并建立非線性數(shù)學模型；

針對上述非線性數(shù)學模型，設計i條模糊規(guī)則，該非線性數(shù)學模型在多條模糊規(guī)則下用多個線性模型來表示，形成Takagi-Sugeno模糊模型；