[發(fā)明專利]一種動態(tài)完全未知系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅動自適應預估器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010131320.6
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111352344B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 彭周華;阮明昊;劉陸;王丹;李鐵山;王浩亮
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 涂文詩;鄧珂

1.一種動態(tài)完全未知系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅動自適應預估器，其特征在于，包括：控制器模塊、擴張狀態(tài)觀測器模塊、堆棧器模塊、魯棒性預估器模塊；

其中，所述控制器模塊能夠基于系統(tǒng)中的狀態(tài)參數(shù)x、魯棒性預估器模塊中的控制輸入增益參數(shù)擴張狀態(tài)觀測器中的輸出參數(shù)系統(tǒng)的期望狀態(tài)參數(shù)r、控制參數(shù)估計標量參數(shù)獲取控制輸入?yún)?shù)u以作為系統(tǒng)的輸入值，且所述控制器模塊的輸入端分別與所述系統(tǒng)、魯棒性預估器模塊和擴張狀態(tài)觀測器模塊的輸出端相連，且控制器模塊的輸出端分別與系統(tǒng)、堆棧器模塊、擴張狀態(tài)觀測器模塊和魯棒性預估器模塊的輸入端相連；所述擴張狀態(tài)觀測器模塊的輸入端分別與系統(tǒng)和魯棒性預估器模塊的輸出端相連，所述擴張狀態(tài)觀測器模塊的輸出端與控制器模塊的輸入端相連；所述堆棧器模塊的輸入端分別與系統(tǒng)和輸入控制器模塊的輸出端相連，所述堆棧器模塊的輸出端與魯棒性預估器模塊的輸入端相連；所述魯棒性預估器模塊的輸入端分別與系統(tǒng)和堆棧器模塊的輸出端相連，所述魯棒性預估器模塊的輸出端分別與控制器模塊和擴張狀態(tài)觀測器模塊的輸入端相連；

所述系統(tǒng)對應的狀態(tài)方程為：

其中，為系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)的導數(shù)，Y₁為控制輸出參數(shù)，θ₁為辨識控制輸出參數(shù)標量，b₀為辨識控制輸入增益，ω為系統(tǒng)擾動參數(shù)，行參數(shù)變量矩陣為Y＝[Y₁,u]，列參數(shù)常量矩陣為

所述控制輸入?yún)?shù)u的對應的計算方程為：

其中ω_c為控制器模塊所引用的參數(shù)標量，且ω_c與控制參數(shù)ω₀的數(shù)學關系為

所述魯棒性預估器模塊能夠得到參數(shù)矩陣估計值導數(shù)并將得到參數(shù)估計值作為魯棒性預估器模塊以及控制器模塊的輸入信號；對應的計算方程為

其中，為系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)x的估計值，μ₁，μ₂，μ₃均為給定的魯棒性預估器模塊所引用的參數(shù)標量。

2.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)據(jù)驅動自適應預估器，其特征在于，

所述數(shù)據(jù)驅動自適應預估器還包括第一比較器，所述第一比較器能夠獲取系統(tǒng)的狀態(tài)跟蹤誤差參數(shù)即系統(tǒng)實際狀態(tài)與期望狀態(tài)的差值；對應的計算公式為x_d＝x-r，其中x_d表示系統(tǒng)的狀態(tài)跟蹤誤差參數(shù)。

3.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)據(jù)驅動自適應預估器，其特征在于，

所述擴張狀態(tài)觀測器模塊中的輸出參數(shù)對應的計算方程為

其中，k₁∈R，k₂∈R，k₃∈R為給定的擴張狀態(tài)觀測器所引用的參數(shù)，其中各引用參數(shù)與標量參數(shù)ω₀的數(shù)學關系分別為[k₁,k₂,k₃]＝[2ω₀,ω₀²,0]。

4.根據(jù)權利要求3所述的數(shù)據(jù)驅動自適應預估器，其特征在于，

所述數(shù)據(jù)驅動自適應預估器還包括第二比較器，所述第二比較器能夠獲取系統(tǒng)的狀態(tài)觀測誤差即系統(tǒng)觀測狀態(tài)與實際狀態(tài)的差值，對應的計算公式為其中x_m表示系統(tǒng)的狀態(tài)觀測誤差。

5.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)據(jù)驅動自適應預估器，其特征在于，

所述堆棧器模塊能夠輸出t_k時刻的存儲數(shù)據(jù)Y(k)、以及Y^T(k)以作為魯棒性預估器模塊的輸入信號；對應的計算方程為

其中，堆棧存儲器P₁用于存儲參數(shù)矩陣Y的歷史存儲數(shù)據(jù)，堆棧存儲器P₃用于存儲系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)的導數(shù)的歷史存儲數(shù)據(jù)；k為大于0的任意整數(shù)。

6.根據(jù)權利要求5所述的數(shù)據(jù)驅動自適應預估器，其特征在于，

所述堆棧器模塊還包括微分跟蹤器TD，所述微分跟蹤器的輸入端輸入系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)x，微分跟蹤器的輸出端輸入系統(tǒng)狀態(tài)導數(shù)對應的計算方程為

其中，α和β為給定的微分跟蹤器所引用的參數(shù)。

7.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)據(jù)驅動自適應預估器，其特征在于，

所述數(shù)據(jù)驅動自適應預估器還包括第三比較器，所述第三比較器能夠獲取非線性系統(tǒng)的狀態(tài)估計誤差即預估狀態(tài)與實際狀態(tài)的差值。