[發明專利]基于加冪積分的二階帶擾動系統前置時間控制器設計方法

在審

• 申請號: 202310183973.2
• 申請日: 2023-03-01
• 公開（公告）號: CN116047917A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 周映江;于子程;蔣國平;丁永鎮;楊歡
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 曹洪

本發明公開了一種基于加冪積分的二階帶擾動系統前置時間控制器設計方法，包括采集二階系統運行參數，構建系統動力學方程；基于對系統不同時段的有效控制增益，構建時變分段函數；基于加冪積分算法，構建所述系統的目標函數，并基于所述目標函數構建所述系統的誤差函數；結合時變分段函數以及加冪積分誤差函數設計二階帶擾動系統的前置時間控制器，實現系統不同時段的有效控制。本發明通過設計一種二階系統前置時間控制器，使系統在任意給定的時間內達到穩定，且系統穩定時間不需要依賴于系統的初始狀態，同時保證系統的快速性、穩定性和準確性且不會出現跳變問題，可以有效處理二階系統中存在的擾動，具有良好的魯棒性。

技術領域

本發明涉及二階系統控制的技術領域，尤其涉及一種基于加冪積分的二階帶擾動系統前置時間控制器設計方法。

背景技術

二階系統是目前現實生活中最常見的一種系統模型，無人機、智能小車、機器人等等智能機器都是二階系統的系統模型，也因此針對二階系統的控制器設計一直是控制領域非常重要的研究方向。如何保證系統的控制效果，使系統可以快速、準確地實現穩定，就需要對系統的收斂速率問題進行重點探索，在這方面控制領域的學者們已經取得了非常多的成果。

在過去很長的一段時間內，系統穩定往往是一個漸近時間的結果，這就意味著系統可以在無窮時間內實現穩定，但是對于某些對收斂時間具有要求的情況而言，漸近時間控制是無法滿足設計要求的。因此有學者提出了有限時間控制策略，該控制策略可以保證系統在有限時間內達到穩定，但是其收斂時間依賴于系統的初始狀態，這就導致當初始狀態離系統穩定點比較遠時，收斂時間非常長，在很多實際場景下，這種控制效果是沒有意義的。固定時間控制策略就是為了改善有限時間控制策略而被提出的，其收斂時間可以被明確計算出且不依賴于系統的初始狀態值。

然而在很多實際的控制場景中，需要保證系統可以在任意給定的時間內達到穩定，預設時間控制策略就是為了應對這種應用場景而被提出的，它可以使系統在預設的時間內達到穩定，但與此同時在實際運用中，它也暴露出了相關缺陷。當其應用對象是復雜系統時，在該策略的分段函數切換點處，系統容易出現跳變問題，控制輸入會有突然增大的情況。而實際的應用中，往往會使用飽和限幅的方法來控制系統的輸入，因此過大的控制輸入是不現實的，也因此預設時間所存在的這種跳變問題推動了前置時間控制策略的提出。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述現有存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明解決的技術問題是：現有技術存在系統穩定時間依賴于系統的初始狀態，以及穩定性較差的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種基于加冪積分的二階帶擾動系統前置時間控制器設計方法，包括：

采集二階系統運行參數，構建系統動力學方程；

基于對系統不同時段的有效控制增益，構建時變分段函數；

基于加冪積分算法，構建所述系統的目標函數，并基于所述目標函數構建所述系統的誤差函數；

結合時變分段函數以及加冪積分誤差函數設計二階帶擾動系統的前置時間控制器，實現系統不同時段的有效控制。

作為本發明所述的基于加冪積分的二階帶擾動系統前置時間控制器設計方法的一種優選方案，其中：所述動力學方程基于二階帶擾動系統的動力學特性，進行數學建模。

作為本發明所述的基于加冪積分的二階帶擾動系統前置時間控制器設計方法的一種優選方案，其中：所述動力學方程表示為：