[發明專利]基于事件的歐拉-拉格朗日系統跟蹤控制方法

在審

• 申請號: 202110940070.5
• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113625781A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 郝飛;王娜娜;李明星
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/12
• 分類號: G05D1/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是一種基于事件觸發機制的控制設計方法，屬于事件觸發控制設計領域，提出了針對參數不確定性和外部干擾的歐拉?拉格朗日系統的事件觸發控制技術新方案，實現了保證閉環系統的穩定性的同時，能夠有效節約網絡通訊資源和減少控制器端的更新。基于事件觸發的不確定歐拉?拉格朗日系統跟蹤控制設計方法，步驟如下：首先建立不確定歐拉?拉格朗日系統模型動態，然后設計相應的自適應滑模控制器和參數更新策略；在此基礎上設計合適的事件觸發條件，當事件觸發條件滿足時才進行傳輸系統狀態信息，自適應滑模控制器用該狀態值計算并更新執行器輸出，進而完成該系統的控制任務。本發明不僅能夠處理不確定性上界未知這一實際應用中經常遇到的情況，并且在網絡通訊資源受限時，保證系統的魯棒性，通訊正常時減少網絡資源占用、減少控制器更新頻率、提升被控對象的魯棒性和穩定性，確保不同情況下歐拉?拉格朗日系統的運行性能。

技術領域

本發明涉及基于事件觸發的網絡化控制系統的領域，具體為涉及一種基于事件的自適應滑模控制方法。

背景技術

隨著現代網絡系統的發展和應用，網絡控制系統之間通過共享網絡進行通信，而不需要專門的傳輸線路進行連接，有效的提高了系統的靈活性和運轉效率，減少了系統的維護成本，已經廣泛應用到諸如無人機、無人車以及機械臂等眾多工程應用領域中。

傳統控制系統的執行是按照固定周期采樣，計算控制、更新和執行控制信號的，這種周期性采樣方式在通信負載、資源利用等方面具有一定保守性和局限性，使得網絡系統在模型不確定、干擾以及傳輸資源受限時，控制性能難以得到保證。因此，很多學者研究隨時間和狀態改變對控制進行動態動態調度的方法，即事件觸發控制，以便降低對網絡負載和計算資源的要求，適用于資源有限的網絡化系統、信息物理系統等。這種控制結構是傳感器到控制器、控制器到執行器通過共享網絡傳輸。但在實際應用中卻存在如下兩個方面的問題：首先，當系統出現不確定性與干擾時，易發生芝諾現象，導致系統在有限時間內發生無限次觸發，給系統帶來了極大的危害；其次，目前大多數研究都是針對給定的被控對象的特殊形式，例如某一類機械臂系統或者某一類給定尺寸和參數的飛行器系統進行，缺乏統一的處理方法和解決問題的技術。

滑模控制方法魯棒性好、抗干擾能力強的優點，為提升事件觸發控制系統的魯棒性，有學者研究了基于事件觸發的滑模控制方法。這些方法考慮了實際系統面臨的精確模型未知以及外部干擾等問題，通常假設不確定上界已知。然而，實際系統中模型不確定的上界通常是未知的。因此，研究如何設計事件驅動控制方案能夠在減少系統的傳輸次數，有效節約資源的同時保證在未知不確定性出現時系統穩定問題具有很強的理論價值和現實意義。與此同時，歐拉- 拉格朗日系統是一種非線性的力學系統，能夠描述諸如機械臂、無人機以及無人車系統等，具有普適性。因此，如何將事件觸發控制和滑模控制策略應用到該類系統中，解決該系統控制設計問題，是一個難點，也具有極大的應用價值和實際意義。

發明內容

針對目前事件觸發控制存在的問題，將事件觸發控制策略運用到帶有參數不確定性和外部干擾的歐拉-拉格朗日系統中，提供了一種基于事件觸發的自適應滑模控制的控制設計方案，在考慮參數不確定和外部干擾同時存在的場景下能夠有效減少控制器更新的次數，提高網絡資源的利用效率，保證閉環控制系統的有效性、魯棒性和穩定性。

針對多輸入的含有參數不確定性和外部干擾的歐拉-拉格朗日系統，分離出已知的已知信息和不確定信息，轉換成一般的非線性形式。采用變量代換的方法，得到系統的誤差動態方程，將跟蹤問題轉換成一般系統的穩定控制問題。設計滑模面，給出事件觸發條件和自適應參數更新規律設計方案。然后，通過理論推導證明了閉環系統穩定性并保證排除Zeno行為不發生。具體包括以下內容和步驟：