[發(fā)明專利]一種對稱死區(qū)非線性的自適應(yīng)動態(tài)面輸出反饋控制方法

有效

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• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112731801B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉燁;周秋坤;劉露露;吳健珍;陳劍雪
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

本發(fā)明涉及一種對稱死區(qū)非線性的自適應(yīng)動態(tài)面輸出反饋控制方法，包括：引入高增益K濾波器估計系統(tǒng)的不可測量狀態(tài)，獲取當(dāng)前具有死區(qū)輸入的嚴(yán)反饋系統(tǒng)的控制函數(shù)，并對帶有未知死區(qū)輸入的系統(tǒng)設(shè)計自適應(yīng)輸出反饋控制律；基于高增益K觀測器設(shè)計自適應(yīng)動態(tài)面控制器，對對稱死區(qū)非線性進行自適應(yīng)動態(tài)面輸出反饋控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有對具有未知死區(qū)非線性影響的非線性系統(tǒng)進行高精度信號跟蹤控制等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及動力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種對稱死區(qū)非線性的自適應(yīng)動態(tài)面輸出反饋控制方法。

背景技術(shù)

隨著電動伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)等工業(yè)運動控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，工業(yè)控制系統(tǒng)中大量執(zhí)行器中存在的死區(qū)非線性問題得到了廣泛的討論研究。自適應(yīng)控制是一種有效處理不確定項的控制方法，對死區(qū)非線性系統(tǒng)的進行自適應(yīng)控制一直以來都是一個熱門的研究領(lǐng)域。現(xiàn)有技術(shù)中，針對具有已知死區(qū)參數(shù)約束的線性系統(tǒng)提出了一種自適應(yīng)死區(qū)逆補償方案，該方案保證了全狀態(tài)已知的情況下的全局穩(wěn)定性和漸近跟蹤。同樣地，為了消除死區(qū)的影響，有研究學(xué)者構(gòu)造了死區(qū)的自適應(yīng)逆，并提出了線性模型參考控制器。此外，針對自適應(yīng)反步法控制器設(shè)計中的死區(qū)效應(yīng)的影響，已有技術(shù)構(gòu)造了平滑的死區(qū)逆函數(shù)，并采用該逆函數(shù)來消除死區(qū)效應(yīng)，但另一方面，該方法難以構(gòu)造各種死區(qū)逆的模型；因此該研究在不構(gòu)造死區(qū)逆的情況下，將死區(qū)非線性分為兩部分：一部分是線性部分，另一部分是具有未知界的“類擾動”部分，再利用魯棒自自適應(yīng)控制對其進行處理。另一種現(xiàn)有技術(shù)針對一類具有未知非對稱死區(qū)的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)，提出了魯棒性自適應(yīng)動態(tài)面控制(DSC)方案，并利用初始化技術(shù)，得到了跟蹤誤差的L_∞性能(一個系統(tǒng)的整體性能指標(biāo))。當(dāng)只有輸入和輸出信號可測時，其他學(xué)者研究了基于跟蹤微分器的死區(qū)非線性系統(tǒng)的改進的輸出反饋動態(tài)面控制，在所有控制函數(shù)都是正的和有界的前提下，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能。此外，基于模糊邏輯系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，另有研究提出了具有未知死區(qū)的非線性系統(tǒng)的半全局魯棒自適應(yīng)控制器。

基于上述關(guān)于死區(qū)的研究成果可知大多數(shù)現(xiàn)有的控制方法需要測量所有系統(tǒng)狀態(tài)。而對于具有死區(qū)的非線性系統(tǒng)，自適應(yīng)輸出反饋控制仍然具有挑戰(zhàn)性。例如，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種受死區(qū)非線性輸入影響的不確定非線性系統(tǒng)的自適應(yīng)輸出反饋控制，但該方法無法保證系統(tǒng)的瞬態(tài)跟蹤性能，這可能會導(dǎo)致一些不期望發(fā)生的后果，如超調(diào)量過大等。另外，現(xiàn)有技術(shù)雖然實現(xiàn)了瞬態(tài)性能，但由于引入了跟蹤誤差變換，因此需要更復(fù)雜的動態(tài)面控制設(shè)計。直到目前為止，對于具有死區(qū)的非線性的系統(tǒng)，輸出反饋控制的難點一直都是狀態(tài)觀測器的構(gòu)造和相對簡單的控制設(shè)計過程，在消除死區(qū)影響的前提下，使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)跟蹤性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種對稱死區(qū)非線性的自適應(yīng)動態(tài)面輸出反饋控制方法，該方法通過考慮未知死區(qū)輸入的影響，引入高增益K濾波器對系統(tǒng)未知狀態(tài)進行估計，并補償未知死區(qū)非線性影響；利用動態(tài)面技術(shù)，解決因虛擬控制微分導(dǎo)致的計算膨脹問題，減輕計算量；采用自適應(yīng)控制，對死區(qū)特性以及系統(tǒng)中的未知參數(shù)進行在線估計；通過初始化理論，調(diào)整設(shè)計參數(shù)值，可以保證跟蹤誤差的性能，使跟蹤誤差收斂到任意小的一個鄰域。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種對稱死區(qū)非線性的自適應(yīng)動態(tài)面輸出反饋控制方法，該方法包括如下步驟：

引入高增益K濾波器估計系統(tǒng)的不可測量狀態(tài)，獲取當(dāng)前具有死區(qū)輸入的嚴(yán)反饋系統(tǒng)的控制函數(shù)，并對帶有未知死區(qū)輸入的系統(tǒng)設(shè)計自適應(yīng)輸出反饋控制律；

基于高增益K濾波器設(shè)計自適應(yīng)動態(tài)面控制器，對對稱死區(qū)非線性進行自適應(yīng)動態(tài)面輸出反饋控制。

進一步地，基于高增益K濾波器設(shè)計自適應(yīng)動態(tài)面控制器的具體步驟包括：

第1步、定義第一個動態(tài)面誤差：

s₁＝y(tǒng)-y_d

對其求導(dǎo)數(shù)，得到：