[發(fā)明專利]一種基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的無(wú)模型自適應(yīng)控制技術(shù)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210106618.0
• 申請(qǐng)日: 2022-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114442488A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林娜;池榮虎;郭曉臨;惠宇;張慧敏;林明明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 青島中天匯智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 孟琦

本發(fā)明公開(kāi)一種基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的無(wú)模型自適應(yīng)控制技術(shù)，屬于智能控制領(lǐng)域。本發(fā)明在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的框架下，針對(duì)離散時(shí)間非線性非仿射系統(tǒng)中存在的非線性不確定性和未建模動(dòng)態(tài)問(wèn)題，所提出的控制方案如下：提出一種新的偏格式動(dòng)態(tài)線性化方法，建立離散時(shí)間非線性非仿射系統(tǒng)的等價(jià)偏格式線性數(shù)據(jù)模型；設(shè)計(jì)自適應(yīng)參數(shù)更新律對(duì)偏格式線性數(shù)據(jù)的未知梯度參數(shù)進(jìn)行估計(jì)；設(shè)計(jì)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器對(duì)偏格式線性數(shù)據(jù)模型中未建模非線性不確定性進(jìn)行估計(jì)；設(shè)計(jì)基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的無(wú)模型自適應(yīng)控制器，利用系統(tǒng)的在線或者離線的輸入輸出數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。本發(fā)明公開(kāi)的基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的無(wú)模型自適應(yīng)控制技術(shù)基于新的偏格式動(dòng)態(tài)線性化方法可以充分利用系統(tǒng)產(chǎn)生的輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)非線性不確定性和未建模動(dòng)態(tài)的估計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性系統(tǒng)的有效控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能控制領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的無(wú)模型自適應(yīng)控制技術(shù)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制作為一種智能控制技術(shù)取得了很大發(fā)展。其中無(wú)模型自適應(yīng)控制是一種典型的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)。其特點(diǎn)是控制器的設(shè)計(jì)不顯含或隱含被控過(guò)程的模型信息，僅利用被控過(guò)程的在線或離線的輸入輸出數(shù)據(jù)。

工業(yè)生產(chǎn)中，總會(huì)不可避免的出現(xiàn)系統(tǒng)不確定性，這些不確定性會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的控制性能、產(chǎn)品質(zhì)量等產(chǎn)生影響。這些系統(tǒng)不確定性通常利用觀測(cè)器進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償，其中擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器是一種估計(jì)系統(tǒng)不確定性的方法。擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的核心思想是將系統(tǒng)的不確定性、未建模動(dòng)態(tài)以及外部干擾等作為一個(gè)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，并對(duì)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償。在傳統(tǒng)的基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的控制策略中，系統(tǒng)全部的不確定性均通過(guò)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器進(jìn)行估計(jì)，尤其是對(duì)于復(fù)雜性高的系統(tǒng)容易造成復(fù)雜性過(guò)高難以估計(jì)的問(wèn)題。

現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際系統(tǒng)大多是非線性系統(tǒng)，對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行處理一般需要進(jìn)行線性化。現(xiàn)有線性化方法如泰勒線性化、反饋線性化、正交函數(shù)逼近線性化等也都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。其中無(wú)模型自適應(yīng)控制所利用的動(dòng)態(tài)線性化方法，可以得到原非線性系統(tǒng)的等價(jià)動(dòng)態(tài)線性化數(shù)據(jù)模型，該數(shù)據(jù)模型是隨工作點(diǎn)變化而變化的動(dòng)態(tài)模型而非靜態(tài)近似模型。傳統(tǒng)的無(wú)模型自適應(yīng)控制技術(shù)將系統(tǒng)的非線性特性、未建模動(dòng)態(tài)和外部擾動(dòng)等壓縮進(jìn)偽偏導(dǎo)數(shù)并利用參數(shù)估計(jì)算法進(jìn)行估計(jì)，但當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜性很高也會(huì)出現(xiàn)計(jì)算負(fù)擔(dān)過(guò)大的問(wèn)題。

本發(fā)明針對(duì)離散時(shí)間非線性非仿射系統(tǒng)，提出了一種基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的無(wú)模型自適應(yīng)控制方法，提出一種新的偏格式動(dòng)態(tài)線性化方法將非線性非仿射系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為等價(jià)的偏格式線性數(shù)據(jù)模型，利用自適應(yīng)參數(shù)更新律對(duì)偏格式線性數(shù)據(jù)模型的未知梯度參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，利用擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器對(duì)未建模非線性不確定性進(jìn)行估計(jì)，降低了估計(jì)的復(fù)雜性；控制器的設(shè)計(jì)是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)框架的，考慮了當(dāng)前時(shí)刻系統(tǒng)輸入變化和過(guò)去多個(gè)時(shí)刻系統(tǒng)輸入變化對(duì)下個(gè)時(shí)刻系統(tǒng)輸出變化的影響，使得控制器的設(shè)計(jì)有更高的自由度和更強(qiáng)的靈活性，以上是本發(fā)明的重要?jiǎng)?chuàng)新之處。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)的一種基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的無(wú)模型自適應(yīng)控制技術(shù)要解決的問(wèn)題是，設(shè)計(jì)的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器在保證對(duì)系統(tǒng)未建模非線性不確定性進(jìn)行估計(jì)的同時(shí)，設(shè)計(jì)的無(wú)模型自適應(yīng)控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效控制。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明公開(kāi)的一種基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的無(wú)模型自適應(yīng)控制技術(shù)，主要針對(duì)帶有外部擾動(dòng)的離散時(shí)間非線性非仿射系統(tǒng)的控制問(wèn)題，提出一種新的偏格式動(dòng)態(tài)線性化方法，建立了非線性非仿射系統(tǒng)的等價(jià)偏格式線性數(shù)據(jù)模型，設(shè)計(jì)的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器能夠?qū)ο到y(tǒng)的未建模非線性不確定性和外部擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)，具有較好的適應(yīng)性，同時(shí)達(dá)到了控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效控制的要求。

本發(fā)明公開(kāi)的一種基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器的無(wú)模型自適應(yīng)控制技術(shù)，所述方法包括以下步驟：

步驟1、利用新的偏格式動(dòng)態(tài)線性化方法建立離散時(shí)間非線性非仿射系統(tǒng)的偏格式線性數(shù)據(jù)模型；

步驟2、設(shè)計(jì)自適應(yīng)參數(shù)更新律對(duì)偏格式線性數(shù)據(jù)模型中的未知梯度參數(shù)進(jìn)行估計(jì)；