[發(fā)明專利]一種新型的基于鯨魚(yú)優(yōu)化算法的容錯(cuò)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910587276.7
• 申請(qǐng)日: 2019-06-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110442020B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊蒲;柳張曦;李德杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04;G05D1/08;G05D1/10
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種新型針對(duì)變時(shí)滯控制系統(tǒng)執(zhí)行器故障的滑模預(yù)測(cè)容錯(cuò)控制方法。針對(duì)于離散時(shí)滯不確定的四旋翼系統(tǒng)的容錯(cuò)控制問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于鯨魚(yú)優(yōu)化算法的滑模預(yù)測(cè)容錯(cuò)控制方法。利用全程滑模面作為預(yù)測(cè)模型，以保證全局魯棒性，并且設(shè)計(jì)了一種帶有故障補(bǔ)償?shù)膬绱魏瘮?shù)參考軌跡，在削弱抖振影響的同時(shí)，針對(duì)于不確定性和故障起到抑制效果。在滾動(dòng)優(yōu)化的過(guò)程中，考慮到尋優(yōu)過(guò)程需要高精度快響應(yīng)，采用鯨魚(yú)優(yōu)化算法，該算法尋優(yōu)性能強(qiáng)，參數(shù)設(shè)置少，收斂速度快，精度高。本發(fā)明用于一類含有時(shí)變時(shí)滯的不確定離散系統(tǒng)的魯棒容錯(cuò)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種針對(duì)變時(shí)滯控制系統(tǒng)執(zhí)行器故障設(shè)計(jì)基于鯨魚(yú)優(yōu)化算法的滑模預(yù)測(cè)容錯(cuò)控制方法，屬于不確定離散控制系統(tǒng)的魯棒容錯(cuò)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)今社會(huì)很大程度上成為了一個(gè)由各種智能器械所驅(qū)動(dòng)的社會(huì)。智能器械在長(zhǎng)期運(yùn)行，外部因素影響的情況下常常會(huì)發(fā)生一系列的故障。為了使得智能體在故障情況下能夠安全運(yùn)行，針對(duì)處理故障問(wèn)題的容錯(cuò)控制技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，并在處理實(shí)際問(wèn)題上有了一些成果。容錯(cuò)控制大致發(fā)展為主動(dòng)容錯(cuò)和被動(dòng)容錯(cuò)兩個(gè)方向，在處理執(zhí)行器和傳感器故障方面提出了眾多出彩的策略。

四旋翼無(wú)人機(jī)，已經(jīng)走進(jìn)了日常生活，在農(nóng)業(yè)，軍工，運(yùn)輸，尋跡跟蹤等方面展現(xiàn)了其不可或缺的價(jià)值。自動(dòng)控制領(lǐng)域近年來(lái)，對(duì)于無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行，尋跡避障，故障處理等方面提出了相當(dāng)多的具有實(shí)際效用的控制策略，例如滑模控制，預(yù)測(cè)控制，自適應(yīng)控制，滑模預(yù)測(cè)等等。在研究四旋翼離散系統(tǒng)時(shí)，由于飛行時(shí)易受干擾，系統(tǒng)建模時(shí)也存在著一定的誤差，對(duì)控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度和控制策略的設(shè)計(jì)都有重大的影響。實(shí)際上，飛行過(guò)程中存在的故障，系統(tǒng)中存在著的時(shí)間滯后更加劇了控制的難度。

離散控制系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為了控制領(lǐng)域的重要組成，針對(duì)與離散系統(tǒng)的故障診斷與容錯(cuò)控制具有極大的探索價(jià)值。在離散系統(tǒng)中，滑模控制可以很好的處理系統(tǒng)中存在的參數(shù)攝動(dòng)、外部擾動(dòng)等不確定性因素，并且具有很好的魯棒性。滑模變結(jié)構(gòu)控制本質(zhì)上是一類特殊的非線性控制，這種控制策略與其他控制方法的不同之處在于系統(tǒng)可以在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)有目的地不斷變化，系統(tǒng)的滑動(dòng)模態(tài)是可以設(shè)計(jì)且與系統(tǒng)的擾動(dòng)無(wú)關(guān)，這使得SMC具有快速響應(yīng)、對(duì)參數(shù)變化和擾動(dòng)不靈敏以及物理實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。因而目前在不確定離散系統(tǒng)控制中得到了廣泛的研究與應(yīng)用。然而在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，時(shí)滯現(xiàn)象普遍存在。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)時(shí)滯項(xiàng)時(shí)，單純的滑模控制難以取得很好的控制效果，特別是時(shí)間滯后較大時(shí)，滑模控制難以滿足系統(tǒng)對(duì)快速性的要求，并且又可能出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。然而，預(yù)測(cè)控制在消除時(shí)滯對(duì)離散系統(tǒng)的影響上又很好的處理效果。預(yù)測(cè)控制在滾動(dòng)優(yōu)化過(guò)程中，控制序列的求解是時(shí)時(shí)刻刻在線進(jìn)行的，不斷的求解優(yōu)化問(wèn)題，這也是滾動(dòng)優(yōu)化的含義。也正因如此，滾動(dòng)優(yōu)化可以使得實(shí)際控制保持最優(yōu)，進(jìn)而，時(shí)滯問(wèn)題可以得到很好的處理，降低其對(duì)系統(tǒng)的影響。所以，本發(fā)明將滑模控制與預(yù)測(cè)控制的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，針對(duì)于時(shí)滯離散不確定性系統(tǒng)設(shè)計(jì)滑模預(yù)測(cè)算法，充分利用滑模控制處理解決系統(tǒng)的參數(shù)攝動(dòng)和外部干擾，利用模型預(yù)測(cè)控制避免時(shí)滯的影響，進(jìn)一步優(yōu)化控制效果。

目前，對(duì)于滑模預(yù)測(cè)算法的研究越來(lái)越多，各種新穎的控制策略不斷提出，但是，在處理時(shí)變時(shí)滯這類問(wèn)題上很少進(jìn)行深入研究和分析。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述已有的處理方案，提出了一種針對(duì)于含有故障項(xiàng)的離散時(shí)滯不確定的四旋翼系統(tǒng)的控制問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于鯨魚(yú)優(yōu)化算法的滑模預(yù)測(cè)容錯(cuò)控制方法。利用全程滑模面作為預(yù)測(cè)模型，以保證全局魯棒性，并且設(shè)計(jì)了一種帶有故障補(bǔ)償?shù)膬绱魏瘮?shù)參考軌跡，在削弱抖振影響的同時(shí)，針對(duì)于不確定性和故障起到抑制效果。在滾動(dòng)優(yōu)化的過(guò)程中，考慮到尋優(yōu)過(guò)程需要高精度快響應(yīng)，采用鯨魚(yú)優(yōu)化算法，該算法尋優(yōu)性能強(qiáng)，參數(shù)設(shè)置少，收斂速度快，精度高。從而使得帶有執(zhí)行器故障情況下的時(shí)變時(shí)滯不確定離散系統(tǒng)保持魯棒穩(wěn)定，并且在快速性和準(zhǔn)確性上獲得很好的效果。