[發明專利]狀態依賴切換系統的開環自適應實現方法及系統

在審

• 申請號: 202310409359.3
• 申請日: 2023-04-17
• 公開（公告）號: CN116466585A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 黃健哲;肖秉杭;敬忠良;唐德佳;頓向明
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種狀態依賴切換系統的開環自適應實現方法及系統，包括：步驟S1：基于切換系統動力學模型，利用邊界法向量與向量場判斷運動流的可通過性，基于運動流的可通過性判斷當前運動流是否能夠平滑切換；步驟S2：當不能平滑切換時，則基于當前切換系統動力學模型中的控制器選取全驅動主導控制器；步驟S3：對當前全驅動主導控制器依次進行開環校正和開環補償操作，實現運動流在邊界的平滑切換。

技術領域

本發明涉及切換系統控制領域，具體地，涉及狀態依賴切換系統的開環自適應實現方法及系統。

背景技術

在復雜系統的非線性分析和控制器設計中，切換系統的理論與研究成果得到了廣泛應用。如具有變結構姿態控制的水陸兩棲無人機，可同時應對機械結構突變與運行環境突變的問題；以形狀記憶合金為主導的驅動器，利用高功重比、輕質小型的優勢時，滯回環與本構模型高度非線性的特性也不容忽略。在切換邊界若控制不當，可能引發運動流在邊界顫振，對驅動器具有不良影響，如引發電機過熱、形狀記憶合金老化等問題。在狀態依賴的切換系統中，仍面臨不小的挑戰：

1、模型參數的不確定性

子系統參數眾多，一些假設和簡化可能無法建立高保真的動力學模型，如電機通常建模為電流與輸出力矩的關系式，但長時間運作下，齒輪間的間隙、工作溫度的浮動對輸出力矩都具有一定影響，部分參數具有時變性，引發建模的誤差。通過構造自適應方法，可抑制模型參數不確定性對切換系統控制方法的影響。

2、外部環境的不可知性

對一些實時性要求較高的切換系統，如衛星對某一非合作目標進行追蹤和捕獲時，外界環境的變化具有不可預知性，引發期望軌跡的不可知性，即反饋信號的缺失，進而導致一些基于反饋的控制算法無法有效地進行應用。通過開環校正與開環補償方法，可避免外部環境的突變引發期望軌跡的不可知問題。

3、控制方法的普適性與遷移性問題

在狀態依賴切換系統的控制問題中，針對具體的動力學模型，選取基于模型的控制、基于反饋的控制或基于學習的控制，在遷移應用至其他模型時，可能面臨重新構造控制器或重新訓練數據的問題，其泛化性與遷移性會受到模型結構的影響。開發一個具有普適性的控制方法，可有效遷移至具有不同結構與不同參數的狀態依賴切換系統，已成為一個亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種狀態依賴切換系統的開環自適應實現方法及系統。

根據本發明提供的一種狀態依賴切換系統的開環自適應實現方法，包括：

步驟S1：基于切換系統動力學模型，利用邊界法向量與向量場判斷運動流的可通過性，基于運動流的可通過性判斷當前運動流是否能夠平滑切換；

步驟S2：當不能平滑切換時，則基于當前切換系統動力學模型中的控制器選取全驅動主導控制器；

步驟S3：對當前全驅動主導控制器依次進行開環校正和開環補償操作，實現運動流在邊界的平滑切換。

優選地，所述步驟S1采用：

步驟S1.1：初始化切換系統動力學模型，并進行時域迭代；

所述切換系統動力學模型包括：

其中，

x為長度N的切換系統狀態向量，N≥2；f_σ描述切換系統狀態間的耦合關系；g_σ描述切換系統狀態與控制輸入的關系；u為切換系統的控制輸入；σ為運動流在狀態空間中所處的子空間域，當運動流由一子空間域穿過邊界進入相鄰子空間域時，切換系統完成了切換，f_σ與g_σ對應切換；