[發明專利]一種針對多質量塊彈簧阻尼器一致性控制的算法

有效

• 申請號: 202010932611.5
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112147892B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 王慶領;李佳琦;孫長銀
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

本發明公開了一種針對多質量塊彈簧阻尼器一致性控制的算法，包括如下步驟：步驟S1：建立多質量塊彈簧阻尼器的數學模型；步驟S2：設計實現自觸發分布式預測控制算法的控制器；步驟S3：控制器有效性的證明；步驟S4：運用所設計的控制器對多質量塊彈簧阻尼器進行控制，驗證結果。本發明可以應用于多種非線性多智能體系統，自觸發策略結合魯棒分布式預測控制的方法不僅保留了預測控制算法能夠處理多變量、有約束、不確定性問題的特點，而且通過自觸發策略，可以有效地降低控制和通信消耗，同時可以改變觸發系數從而在線調整控制器更新的頻率，在如今信息物理系統大熱的時代有重要的實際意義和應用前景。

技術領域

本發明屬于控制技術領域，具體涉及一種針對多質量塊彈簧阻尼器一致性控制的算法。

背景技術

多質量塊彈簧阻尼器是一個非線性多智能體系統，其一致性控制要求設計一個控制協議，在受到模型干擾、外界噪聲等不確定條件的情況下，通過控制協議使得每個質量塊之間相互影響、改變自身狀態，最終達到狀態一致。由于受到系統安全的限制，需要對控制滿足一定的約束，而預測控制可以顯式地處理系統約束并實施最優控制，避免了常規PID控制器可能出現的積分飽和現象。

現有的運用分布式預測控制對非線性多智能體系統一致性問題的研究，對于如何保證系統的魯棒性、如何有效改善智能體之間的通信效率分別都有相對應的一些策略，但如何在被控對象模型參數的不精確，外加擾動等不確定因素下，保證系統魯棒性的同時，有效地降低通信、采樣和控制器更新的消耗，關于這方面的算法研究及應用還很少。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種針對多質量塊彈簧阻尼器一致性控制的算法，運用自觸發策略結合魯棒分布式預測控制的方法實現多質量塊彈簧阻尼器一致性控制，保證系統魯棒性的同時，有效地降低通信、采樣和控制器更新的消耗，在如今信息物理系統大熱的時代有重要的實際意義和應用前景。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種針對多質量塊彈簧阻尼器一致性控制的算法，包括如下步驟：

步驟S1：建立多質量塊彈簧阻尼器的數學模型；

步驟S2：設計實現自觸發分布式預測控制算法的控制器；

步驟S3：控制器有效性的證明；

步驟S4：運用所設計的控制器對多質量塊彈簧阻尼器進行控制，驗證結果。

優選的，步驟S1中，建立多質量塊彈簧阻尼器的數學模型，具體包括如下步驟：

步驟S11：根據質量-彈簧-阻尼系統的機理建立預測模型；

其中，i＝1，2，3，4表示質量塊的個數，x_i，1和x_i，2分別表示每個質量塊的位移和速度，M_i表示每個質量塊的質量，T表示采樣周期，k表示線性彈簧系數，h表示阻尼因子，表示每個質量塊的第k次觸發時間，w_i表示每個質量塊受到的外界擾動，擾動由系統的狀態和控制限界。

步驟S12：將上述預測模型抽象為一個更一般的形式：

其中，分別表示每個子系統的狀態，控制輸入和受到的外界干擾。是一個任意的非線性函數，其中f(0，0，0)＝0。

優選的，步驟S2中，設計實現自觸發分布式預測控制算法的控制器，具體包括如下步驟：