[發明專利]獲取控制系統狀態變量的方法及系統

在審

• 申請號: 201710708985.7
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN109407645A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 王彥英
• 申請（專利權）人: 寶沃汽車（中國）有限公司
• 主分類號: G05B21/02
• 分類號: G05B21/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本發明提出一種獲取控制系統狀態變量的方法及系統，該方法包括以下步驟：采集控制系統的第一輸入量和第一輸出量作為輸入數據；將輸入數據輸入到預設的全維狀態觀測器中，得到全維狀態觀測器對應的第二輸出量；獲取第一輸出量和第二輸出量的輸出誤差；根據輸出誤差構建目標函數；獲取目標函數的最優解，并根據最優解確定全維狀態觀測器的反饋矩陣；采集控制系統的第二輸入量和第三輸入量，并將第二輸入量和第三輸入量輸入到全維狀態觀測器中，得到控制系統的狀態變量。本發明利用目標函數構建全維狀態觀測器，通過全維狀態觀測器獲取控制系統的所有狀態變量，從而可以利用控制系統的狀態變量進行狀態反饋，進而能夠提高控制系統的控制能力。

技術領域

本發明涉及系統控制技術領域，特別涉及一種獲取控制系統狀態變量的方法及系統。

背景技術

在經典控制理論和現代控制理論中，反饋都是非常重要的控制系統的設計方式。由于經典控制理論是用傳遞函數來描述的，所以它只能采用輸出量作為反饋量。但是在現代控制理論中，由于采用系統內部的狀態變量來描述系統的物理特性，因而除了輸出反饋外，還經常采用狀態反饋。和輸出反饋相比，狀態反饋能提供更多的校正信息，因而在形成最優控制規律，抑制或消除擾動影響，實現系統解耦控制等方面，狀態反饋均獲得了廣泛的應用。

利用狀態進行反饋，必須用傳感器來測量狀態變量，但并不是所有的狀態變量在物理上都可測或者說不易測得，其原因是：(1)實際的傳感器的頻帶是有限的(不能完全跟蹤狀態)；(2)有時系統的狀態不是實際的物理量。這導致不可能實際獲得系統的全部狀態變量，從而使狀態反饋的物理實現成為不可能。

發明內容

本發明旨在至少解決上述技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種獲取控制系統狀態變量的方法，該方法利用目標函數構建全維狀態觀測器，通過全維狀態觀測器獲取控制系統的所有狀態變量，從而可以利用控制系統的狀態變量進行狀態反饋，進而能夠提高控制系統的控制能力。

本發明的另一個目的在于提出一種獲取控制系統狀態變量的系統。

為了實現上述目的，本發明第一方面的實施例提出了一種獲取控制系統狀態變量的方法，包括以下步驟：采集所述控制系統的第一輸入量和第一輸出量作為輸入數據；將所述輸入數據輸入到預設的全維狀態觀測器中，得到所述全維狀態觀測器對應的第二輸出量；獲取所述第一輸出量和所述第二輸出量的輸出誤差；根據所述輸出誤差構建目標函數；獲取所述目標函數的最優解，并根據所述最優解確定所述全維狀態觀測器的反饋矩陣；采集所述控制系統的第二輸入量和第三輸入量，并將所述第二輸入量和第三輸入量輸入到所述全維狀態觀測器中，得到所述控制系統的狀態變量。

根據本發明實施例的獲取控制系統狀態變量的方法，利用目標函數構建全維狀態觀測器，通過全維狀態觀測器獲取控制系統的所有狀態變量，從而可以利用控制系統的狀態變量進行狀態反饋，有利用控制系統的優化，提高了控制系統的控制能力。

另外，根據本發明上述實施例的獲取控制系統狀態變量的方法還可以具有如下附加的技術特征：

在一些示例中，所述根據所述輸出誤差構建目標函數，進一步包括：獲取所述輸出誤差的絕對值；根據所述輸出誤差的絕對值乘時間積分指標得到所述目標函數。

在一些示例中，所述目標函數通過如下公式得到：

其中，f(t)為所述目標函數，y_i(t)為所述第一輸出量，為所述第二輸出量，t為時間，q表示維數。

在一些示例中，獲取所述目標函數的最優解，并根據所述最優解確定所述全維狀態觀測器的反饋矩陣，進一步包括：根據預設的優化算法對所述目標函數進行優化使所述目標函數達到最小值，以得到所述全維狀態觀測器的反饋矩陣。