[發明專利]一種大時滯非線性系統的多率采樣控制方法、系統及應用

有效

• 申請號: 202011063929.0
• 申請日: 2020-10-01
• 公開（公告）號: CN112180727B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 賈金平;戴浩;張凡娣;丁恒飛;沈永紅;黃建文
• 申請（專利權）人: 天水師范學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種大時滯非線性系統的多率采樣控制方法，其特征在于，所述大時滯非線性系統的多率采樣控制方法包括：

推廣加冪積分器方法，在無延遲情況下為每個子系統設計一個光滑的連續時間虛擬控制器以及相應的Lyapunov函數；

通過Lyapunov匹配準則求解能夠在采樣時刻保持連續控制系統性能的大時滯非線性系統的多率采樣控制器；

通過離散時間預測器求解系統的預測狀態并帶入無延遲情況下的大時滯非線性系統的多率采樣控制律；

所述大時滯非線性系統的多率采樣控制方法在無延遲情況下，通過推廣加冪積分器方法為每個子系統設計一個能夠使之穩定的虛擬控制器和相應的Lyapunov函數V_i，i＝1,2,…,n；

所述大時滯非線性系統的多率采樣控制方法通過推廣的加冪積分器方法為系統的每個子系統設計了光滑的連續時間控制器，所針對的具有大輸入時滯的高階下三角非線性系統的動力學方程為：

這里x_i為第i個子系統的狀態，同時又是第i-1個子系統的虛擬控制，τ是系統具有任意長度的輸入延遲，顯然存在和σ∈[0,δ)有τ＝Nδ+σ，p_i是系統的高階冪，滿足p₁≥p₂≥…≥p_n-1≥1且都是奇整數，由于高階非線性項的存在導致該系統不能反饋線性化；

所述大時滯非線性系統的多率采樣控制方法利用Lyapunov匹配準則構造一個具有冪級數形式的大時滯非線性系統的多率采樣控制器根據代數方程組計算冪級數中的未知系數；

所述大時滯非線性系統的多率采樣控制方法在每個長度為δ的采樣區間上有多個實際的控制輸入，對i＝1,2,…,n，每個子區間上的控制器u_ik具有冪級數形式：

其中l_ij(k)是未知系數，通過Lyapunov匹配準則來確定；采用u_ik的截斷作為控制器的r階近似解；通過使用Lie級數交換定理和比較原理知識，證明近似采樣控制器實現閉環系統的實際穩定性；

所述大時滯非線性系統的多率采樣控制方法利用Lyapunov匹配準則構造一個具有冪級數形式的大時滯非線性系統的多率采樣控制器根據代數方程組計算冪級數中的未知系數；

所述大時滯非線性系統的多率采樣控制方法根據離散時間預測器計算(k+N)δ+σ時刻的狀態值z_k，帶入得到能夠補償輸入延遲的大時滯非線性系統的多率采樣控制器

應用所述大時滯非線性系統的多率采樣控制方法的欠驅動弱耦合的機械系統；

應用所述大時滯非線性系統的多率采樣控制方法的單連桿機器人機械臂系統；

應用所述大時滯非線性系統的多率采樣控制方法的航天飛行器控制系統；

應用所述大時滯非線性系統的多率采樣控制方法的同步發電機控制系統；

所述的大時滯非線性系統的多率采樣控制方法采用離散時間預測器來補償任意長度的輸入延遲，預測器的方程為

這里表示Lie級數算子且初始控制量γ_i(z_j),j＝-N,…,-2,-1,i＝1,2…,n由下面動態方程產生：

取z_k的一個截斷z_k^[p]當做它p階近似解，通過理論分析知預測狀態的近似階數只要等于控制器的近似階數即可，即p＝r。

2.一種計算機設備，其特征在于，所述計算機設備包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執行時，使得所述處理器執行權利要求1所述的大時滯非線性系統的多率采樣控制方法。

3.一種計算機可讀存儲介質，存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時，使得所述處理器執行權利要求1所述的大時滯非線性系統的多率采樣控制方法。

4.一種實施權利要求1所述大時滯非線性系統的多率采樣控制方法的大時滯非線性系統的多率采樣控制系統，其特征在于，所述大時滯非線性系統的多率采樣控制系統包括：

控制器及函數設計模塊，用于推廣加冪積分器方法，在無延遲情況下為每個子系統設計一個光滑的連續時間虛擬控制器以及相應的Lyapunov函數；

大時滯非線性系統的多率采樣控制器求解模塊，用于通過Lyapunov匹配準則求解能夠在采樣時刻保持連續控制系統性能的大時滯非線性系統的多率采樣控制器；

大時滯非線性系統的多率采樣控制律預測模塊，用于通過離散時間預測器求解系統的預測狀態并帶入無延遲情況下的大時滯非線性系統的多率采樣控制律。