[發(fā)明專利]一種基于動態(tài)增益的自適應神經(jīng)網(wǎng)絡跟蹤控制方法

有效

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• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114815618B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設計）人: 于興虎;鄭曉龍;楊佳興;楊學博;李湛;高會軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產(chǎn)權代理有限公司 23213
• 代理人: 時起磊

一種基于動態(tài)增益的自適應神經(jīng)網(wǎng)絡跟蹤控制方法，本發(fā)明涉及基于動態(tài)增益的自適應神經(jīng)網(wǎng)絡跟蹤控制方法。本發(fā)明是為了解決目前自適應神經(jīng)網(wǎng)絡控制的反饋增益參數(shù)以未知函數(shù)的上界設計，使得系統(tǒng)的控制器設計不靈活，導致設計的控制器能量消耗過大的問題。過程為：一、建立具有未知非線性控制方向函數(shù)的不確定非線性嚴格反饋系統(tǒng)的二維狀態(tài)空間模型，使系統(tǒng)輸出跟蹤目標信號；二、建立具有擴展狀態(tài)變量的三維非線性系統(tǒng)狀態(tài)空間模型；三、設計李雅普諾夫函數(shù)；四、利用李雅普諾夫函數(shù)對時間求一階導數(shù)；五、改寫李雅普諾夫函數(shù)的一階導數(shù)；六、設計神經(jīng)網(wǎng)絡權值更新律、虛擬控制函數(shù)及控制輸入。本發(fā)明用于非線性控制技術領域。

技術領域

本發(fā)明屬于非線性控制技術領域，具體涉及一種基于動態(tài)增益的自適應神經(jīng)網(wǎng)絡跟蹤控制。

背景技術

在工程實踐中有許多非線性系統(tǒng)的跟蹤控制問題，如機械臂軌跡跟蹤控制、航天器姿態(tài)跟蹤控制、電機伺服控制等，實際上不可能獲得與真實系統(tǒng)相對應的準確數(shù)學模型。在進行非線性系統(tǒng)跟蹤控制設計時必須要考慮非線性系統(tǒng)的不確定性，一種常用的控制方法是自適應神經(jīng)網(wǎng)絡跟蹤控制，該方法是基于反步控制思想設計控制器，結合神經(jīng)網(wǎng)絡逼近系統(tǒng)中的未知項函數(shù)和虛擬控制函數(shù)的導數(shù)，克服了反步控制法設計過程中虛擬控制函數(shù)求導帶來的計算爆炸問題，極大降低了不確定非線性系統(tǒng)控制器的設計難度。自適應神經(jīng)網(wǎng)絡跟蹤控制技術可以參考中國發(fā)明專利CN114019804A、中國發(fā)明專利CN112192573A及中國發(fā)明專利CN107577146B。在處理具有未知控制方向函數(shù)的不確定非線性系統(tǒng)控制問題時，傳統(tǒng)的自適應神經(jīng)網(wǎng)絡控制方法只能以未知控制方向函數(shù)的上界設計反饋增益，不等式的過度放大，得到的結果很大程度具有保守性。由于反饋增益參數(shù)是一個固定值，使得系統(tǒng)的控制器設計不靈活，導致設計的控制器能量消耗過大。

發(fā)明內容

本發(fā)明是為了解決目前自適應神經(jīng)網(wǎng)絡控制的反饋增益參數(shù)以未知函數(shù)的上界設計，使得系統(tǒng)的控制器設計不靈活，導致設計的控制器能量消耗過大的問題，提出了一種基于動態(tài)增益的自適應神經(jīng)網(wǎng)絡跟蹤控制方法。

本方法為了解決上述技術問題采取的技術方案是：一種基于動態(tài)增益的自適應神經(jīng)網(wǎng)絡跟蹤控制方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)變量x₁和x₂，輸出信號y和控制信號u，建立具有未知非線性控制方向函數(shù)的不確定非線性嚴格反饋系統(tǒng)的二維狀態(tài)空間模型，使系統(tǒng)輸出y(t)跟蹤目標信號y_d(t)；

步驟二、定義擴展狀態(tài)變量x₃＝u，建立具有擴展狀態(tài)變量的三維非線性系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，定義誤差變量z₁，z₂，z₃；

步驟三、利用步驟二中的誤差變量z₁，z₂，z₃設計李雅普諾夫函數(shù)V；

步驟四、利用步驟三中的李雅普諾夫函數(shù)V對時間求一階導數(shù)得到

步驟五、引入等價控制方向函數(shù)，定義需要依靠神經(jīng)網(wǎng)絡逼近的未知項F₁和F₂，改寫步驟四中李雅普諾夫函數(shù)的一階導數(shù)

步驟六、引入動態(tài)增益，根據(jù)步驟五中李雅普諾夫函數(shù)的一階導數(shù)利用反步法和自適應神經(jīng)網(wǎng)絡，設計神經(jīng)網(wǎng)絡權值更新律、虛擬控制函數(shù)α₁和α₂及控制輸入u。

本發(fā)明的有益效果：

引入動態(tài)增益，讓控制器的設計更靈活，降低控制器u的能量消耗；引入等價控制增益，使自適應神經(jīng)網(wǎng)絡控制的反饋增益不再需要根據(jù)未知控制方向函數(shù)的上界設計，避免了控制器過于保守的問題；實現(xiàn)設計反饋控制器u(t)，使系統(tǒng)輸出y(t)能夠在小誤差范圍內跟蹤給定目標信號y_d(t)。

附圖說明