[發明專利]一種基于正全維觀測器的正系統動態輸出反饋抗干擾控制方法

在審

• 申請號: 201810232293.4
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108388133A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 喬建忠;許昱涵;郭雷;朱玉凱;崔洋洋
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;鄧治平

1.一種基于正全維觀測器的正系統動態輸出反饋抗干擾控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

第一步，針對含有外部干擾的線性連續正系統，以系統狀態和干擾為增廣狀態，由原正系統得到一個正性增廣系統；

第二步，針對正性增廣系統設計可以保證狀態觀測值始終為正的正全維觀測器，并得到增廣狀態的估計誤差系統；

第三步，基于由全維觀測器得到的狀態估計量和干擾估計量，設計具有干擾抵消作用的正系統動態輸出反饋抗干擾控制律；

第四步，根據設計的基于正全維觀測器的正系統動態輸出反饋抗干擾控制器得到以原正系統狀態、狀態估計誤差與干擾估計誤差的線性組合為狀態的閉環系統，基于線性偕正Lyapunov函數給出閉環系統為漸近穩定正系統的條件，并通過線性規劃算法解算控制器和觀測器參數，使得閉環系統在基于正全維觀測器的正系統動態輸出反饋抗干擾控制器作用下為漸近穩定的正系統。

2.根據權利要求1所述的一種基于正全維觀測器的正系統動態輸出反饋抗干擾控制方法，其特征在于：所述第一步，針對含有外部干擾的線性連續正系統，

其中，和分別為系統的狀態、控制輸入、控制輸入通道的外部干擾、控制輸出和測量輸出，和為系統的已知適維參數矩陣，且A為Metzler矩陣，B、C、D和C_m為非負矩陣，其中，若有一矩陣有M_ij≥0,i,j＝1,...,n，則稱矩陣M為Metzler矩陣，表示為若有一矩陣有形式N_ij>0,i＝1,...,m j＝1,...,n，則稱矩陣N為非負矩陣，表示為N≥≥0，同時，正性外部干擾d(t)可由一個外部系統進行描述，具體如下：

其中，為外部系統狀態，為已知的系統參數矩陣，且W為Metzler矩陣，V為非負矩陣；

以為增廣系統狀態，將原系統和外部干擾系統整合為一個增廣正系統：

其中，均為系統已知矩陣。

3.根據權利要求2所述的一種基于正全維觀測器的正系統動態輸出反饋抗干擾控制方法，其特征在于：所述第二步，針對所述的正性增廣系統設計可以保證狀態觀測值始終為正的正全維觀測器：

其中，是增廣系統狀態的估計值，是原系統狀態x(t)的估計值，是干擾系統狀態w(t)的估計值，為待求解的觀測器增益矩陣；

對于正系統，系統的狀態和干擾在t>0始終為正，因而設計的系統狀態觀測器需要保證狀態估計值始終為正才具有意義，根據正系統的判斷條件，即需要G為Metzler矩陣，L為非負矩陣，設其中設其中是觀測器系統輸出矩陣；若有一矩陣有M_ij≥0,i,j＝1,...,n，則稱矩陣M為Metzler矩陣，表示為B、C、D和C_m為非負矩陣，其中，若有一矩陣有形式N_ij>0,i＝1,...,m j＝1,...,n，則稱矩陣N為非負矩陣，表示為N≥≥0；

設增廣狀態估計誤差其中，為原系統狀態估計誤差，為干擾狀態估計誤差，得到增廣狀態的估計誤差系統：

設G₁₂＝0，G₂₂＝W使得增廣狀態與干擾外系統狀態w(t)解耦，則有增廣狀態的估計誤差系統：

4.根據權利要求3所述的一種基于正全維觀測器的正系統動態輸出反饋抗干擾控制方法，其特征在于：正系統的判斷條件為，系統是一個正系統，當且僅當A為Metzler矩陣，B、C為非負矩陣，其中A和B是系統參數矩陣，C是系統輸出矩陣，若有一矩陣有M_ij≥0,i,j＝1,...,n，M_ij為矩陣M第i行第j列的元素，則稱矩陣M為Metzler矩陣，表示為若有一矩陣有形式N_ij>0,i＝1,...,m j＝1,...,n，N_ij為矩陣N第i行第j列的元素，則稱矩陣N為非負矩陣，表示為N≥≥0。