[發(fā)明專利]一種非線性系統(tǒng)自適應(yīng)神經(jīng)容錯控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811223073.1
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109001982B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊清宇;乃永強(qiáng);安豆;張志強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種非線性系統(tǒng)自適應(yīng)神經(jīng)容錯控制方法，建立一類多輸入多輸出非線性系統(tǒng)，采用間歇性故障模型得到執(zhí)行器狀態(tài)；采用多輸入單輸出的極限學(xué)習(xí)機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對多輸入多輸出系統(tǒng)中的不確定性函數(shù)進(jìn)行逼近；然后引入不等式避免控制器的奇異性問題，最后采用投影算子保證被估計(jì)參數(shù)的有界性。本發(fā)明采用極限學(xué)習(xí)機(jī)逼近系統(tǒng)的不確定函數(shù)，降低了對系統(tǒng)先驗(yàn)知識的依賴，引入一種連續(xù)的不等式避免了控制器的奇異性，同時采用投影算子保證估計(jì)參數(shù)的有界性，由間歇性執(zhí)行器故障引起的跳變參數(shù)的界被明確保證，能夠有效的補(bǔ)償未知執(zhí)行器間歇性故障和未知關(guān)聯(lián)項(xiàng)對系統(tǒng)的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于控制系統(tǒng)的容錯控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非線性系統(tǒng)自適應(yīng)神經(jīng)容錯控制方法。

背景技術(shù)

在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，執(zhí)行器作為其核心部件，經(jīng)常發(fā)生各種各樣不可預(yù)測的故障。如果這些故障不能及時得到有效地補(bǔ)償，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降或者不穩(wěn)定。此外，隨著現(xiàn)代控制系統(tǒng)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，系統(tǒng)執(zhí)行器發(fā)生故障的可能性也越來越高。如何提高系統(tǒng)的安全性和可靠性已成為控制工程領(lǐng)域最為重要的課題。因此，發(fā)明一種有效的容錯控制方法以補(bǔ)償故障對系統(tǒng)造成的影響具有重要工程應(yīng)用價值。

執(zhí)行器故障由于其發(fā)生時刻、大小以及模型完全未知而變得非常難處理。針對這個問題，已獲得了大量的研究成果并在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，這些成果都是基于一次性故障開發(fā)的容錯控制方法。也就是執(zhí)行器故障發(fā)生到系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束，故障的模型不再發(fā)生變化。事實(shí)上，這些成果忽視了一個實(shí)際問題，即在控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，存在間歇性執(zhí)行器故障的可能性。到目前為止，針對執(zhí)行器的間歇性故障的容錯控制方法的研究成果卻鮮有報道。補(bǔ)償執(zhí)行器的間歇性故障主要難點(diǎn)是如何有效地抑制由故障模型變化引起的跳變參數(shù)對系統(tǒng)的影響。因此，發(fā)明一種補(bǔ)償執(zhí)行器的間歇性故障的容錯控制方法具有重要的實(shí)際工程意義。

現(xiàn)代控制系統(tǒng)都具有多變量、強(qiáng)耦合、高度非線性以及不確定性等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制方法已不能對其進(jìn)行有效地控制。自適應(yīng)神經(jīng)控制的出現(xiàn)為不確定非線性復(fù)雜系統(tǒng)的跟蹤控制提供了一種行之有效的方法。但是傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層參數(shù)選擇往往依賴于目標(biāo)函數(shù)的先驗(yàn)知識，這在實(shí)際工程中變得非常復(fù)雜并且有可能削弱容錯控制方法對故障的補(bǔ)償能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種非線性系統(tǒng)自適應(yīng)神經(jīng)容錯控制方法，使得閉環(huán)系統(tǒng)所有信號一致最終有界，并使系統(tǒng)的輸出y_i∈R，i＝1,...,N，可跟蹤給定的期望軌跡y_di∈R，同時所設(shè)計(jì)的控制器能夠有效地補(bǔ)償執(zhí)行器故障、外部擾動以及子系統(tǒng)間的耦合項(xiàng)對系統(tǒng)造成的影響。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種非線性系統(tǒng)自適應(yīng)神經(jīng)容錯控制方法，建立一類多輸入多輸出非線性系統(tǒng)，采用間歇性故障模型得到執(zhí)行器狀態(tài)；采用多輸入單輸出的極限學(xué)習(xí)機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對多輸入多輸出系統(tǒng)中的不確定性函數(shù)進(jìn)行逼近；然后引入不等式避免控制器的奇異性問題，最后采用投影算子保證被估計(jì)參數(shù)的有界性。

具體的，考慮一類由N個子系統(tǒng)組成的一類多輸入多輸出非線性系統(tǒng)，其中第i個子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：

其中，表示系統(tǒng)的全部狀態(tài)變量，表示第i個子系統(tǒng)的狀態(tài)變量，且和y_i∈R表示第i個子系統(tǒng)系統(tǒng)的輸出；u_i,k∈R，k＝1,...,m_i，表示第i個字系統(tǒng)的控制輸入變量；和表示系統(tǒng)的未知非線性函數(shù)；表示未知外部擾動以及子系統(tǒng)間的耦合項(xiàng)；表示已知常數(shù)。

具體的，執(zhí)行器的狀態(tài)包括以下：

若0＜ρ_i,k,q(·)＜1和有u_i,k＝ρ_i,k,q(·)υ_i,k，則第k個執(zhí)行器運(yùn)行于部分失效的故障狀態(tài)下；