[發(fā)明專利]基于復(fù)合學(xué)習(xí)的非線性切換系統(tǒng)自適應(yīng)滑模控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011274007.4
• 申請日: 2020-11-14
• 公開（公告）號: CN112327627B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許斌;程怡新;馬波
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué);中國航空工業(yè)集團(tuán)公司成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發(fā)明涉及一種基于復(fù)合學(xué)習(xí)的非線性切換系統(tǒng)自適應(yīng)滑模控制方法，用于解決現(xiàn)有非線性切換系統(tǒng)控制方法實(shí)用性差的技術(shù)問題。考慮非線性切換系統(tǒng)存在外界干擾和輸入非線性，得到切換系統(tǒng)輸入死區(qū)模型；使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和切換擾動(dòng)觀測器分別對系統(tǒng)未知非線性函數(shù)和復(fù)合干擾進(jìn)行估計(jì)，基于平行估計(jì)模型構(gòu)造表征學(xué)習(xí)性能好壞的預(yù)測誤差，通過預(yù)測誤差對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重更新律和擾動(dòng)觀測器進(jìn)行調(diào)節(jié)；基于動(dòng)態(tài)逆技術(shù)框架和復(fù)合學(xué)習(xí)策略設(shè)計(jì)自適應(yīng)滑模切換控制器；利用預(yù)測誤差構(gòu)建滑模時(shí)變增益函數(shù)，減小了滑模切換抖振的幅度，提升了滑模控制的性能；本發(fā)明結(jié)合非線性切換系統(tǒng)控制特點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)基于復(fù)合學(xué)習(xí)的自適應(yīng)滑模控制器有效提升了控制性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非線性切換系統(tǒng)控制方法，特別是涉及一種基于復(fù)合學(xué)習(xí)的非線性切換系統(tǒng)自適應(yīng)滑模控制方法，屬于飛行控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在實(shí)際工程中，許多控制對象如變體飛行器、變頻電機(jī)以及機(jī)器人等都可以用非線性切換系統(tǒng)來描述，因此非線性切換系統(tǒng)控制技術(shù)引起了廣泛關(guān)注，在汽車、電力、化工等許多行業(yè)都得到了研究與應(yīng)用。

非線性切換系統(tǒng)自身具有較強(qiáng)的不確定性，同時(shí)易受到外部干擾和輸入死區(qū)的影響，現(xiàn)有的控制方法多采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊邏輯等智能系統(tǒng)逼近不確定性，采用擾動(dòng)觀測器估計(jì)外部干擾。這些控制方法只考慮了智能系統(tǒng)的逼近作用，忽視了智能學(xué)習(xí)策略的本質(zhì)，沒有對不確定性學(xué)習(xí)性能進(jìn)行有效評價(jià)，且智能逼近系統(tǒng)和擾動(dòng)觀測器之間沒有信息交互，魯棒性性較差，不利于工程實(shí)現(xiàn)。因此研究面向?qū)W習(xí)性能提升的先進(jìn)控制方法對于非線性切換系統(tǒng)控制研究意義重大且有著迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了克服現(xiàn)有非線性切換系統(tǒng)控制方法實(shí)用性差的不足，本發(fā)明提供一種基于復(fù)合學(xué)習(xí)的非線性切換系統(tǒng)自適應(yīng)滑模控制方法。該方法考慮非線性切換系統(tǒng)存在不確定性、外界干擾和輸入非線性，通過模型轉(zhuǎn)換獲取輸入死區(qū)模型。同時(shí)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和擾動(dòng)觀測器分別對非線性函數(shù)和復(fù)合干擾進(jìn)行估計(jì)，通過構(gòu)造預(yù)測誤差對學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價(jià)，進(jìn)而調(diào)節(jié)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重自適應(yīng)更新律和切換擾動(dòng)觀測器。基于動(dòng)態(tài)逆技術(shù)框架和復(fù)合學(xué)習(xí)策略設(shè)計(jì)了自適應(yīng)滑模切換控制器，時(shí)變的滑模增益函數(shù)提升了控制器魯棒性，便于工程實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)方案

一種基于復(fù)合學(xué)習(xí)的非線性切換系統(tǒng)自適應(yīng)滑模控制方法，其特征在于以下步驟：

步驟1：考慮一類單輸入單輸出非線性能控標(biāo)準(zhǔn)型切換系統(tǒng)

其中，是系統(tǒng)狀態(tài)向量；u_σ(t)∈R是系統(tǒng)輸入，y∈R是系統(tǒng)輸出；函數(shù)σ(t):[0,∞)→M＝{1,2,…,m}是切換信號，且σ(t)＝k時(shí)表示第k個(gè)子系統(tǒng)是激活的；是關(guān)于的未知平滑函數(shù)，是關(guān)于的未知非零平滑函數(shù)；d_σ(t)(t)是外部未知干擾；

步驟2：將系統(tǒng)輸入非線性描述為

其中，u_v,k∈R是帶死區(qū)的輸入，b_r,k和b_l,k是未知的正常數(shù)；

可將(2)進(jìn)一步描述為

其中

信號u_k存在如下關(guān)系

其中是u_v,k的上界值；

則系統(tǒng)(1)可進(jìn)一步寫為

其中，

步驟3：針對未知函數(shù)和用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來逼近