一种面向纯反馈系统的执行机构平行控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种面向纯反馈系统的执行机构平行控制方法及系统，涉及平行控制的技术领域，将执行机构所在的纯反馈系统划分为多个子系统，设计辅助函数，基于设计好的辅助函数，对各个子系统设计虚拟控制器，根据各个子系统的虚拟控制器，对纯反馈系统设计平行控制器，利用平行控制器进行执行机构的平行控制，能够适用于纯反馈系统，提升纯反馈系统的稳定性。提升纯反馈系统的稳定性。提升纯反馈系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种面向纯反馈系统的执行机构平行控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及平行控制的
，更具体地，涉及一种面向纯反馈系统的执行机构平行控制方法及系统。

技术介绍

[0002]执行机构是一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作，执行机构使用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用。
[0003]目前，越来越多的工厂采用了自动化控制，人工操作被机械或自动化设备所替代，人们要求执行机构能够起到控制系统与阀门机械运动之间的界面作用，更要求执行机构增强工作安全性能和环境保护性能，在一些危险性的场合，自动化的执行机构装置能减少人员的伤害。
[0004]现代控制理论是建立在状态空间法基础上的一种控制理论，在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。
[0005]现代控制理论解决的问题主要为采用微分方程或差分方程表达系统问题，随着现代控制理论的进一步发展，人们提出智能控制理论应用于工厂自动化控制，对于自动化控制的反馈系统，智能控制理论采用状态反馈控制，根据状态即时地决定控制量，但容易出现控制信号剧烈变化的情况，当控制信号出现剧烈变化时，控制器稳定性差，严重影响执行机构的驱动性能。为解决传统的状态反馈所出现的问题，现有技术提出一种平行控制方法，根据状态决定控制的变化量进而决定控制量本身，然而，反馈系统包括严格反馈系统和纯反馈系统，现有的平行控制方法仅适用于严格反馈系统，若应用于纯反馈系统，无法保证纯反馈系统的稳定性。

技术实现思路

[0006]为解决现有平行控制方法在面向纯反馈系统的执行机构平行控制时，控制性能差的问题，本专利技术提出一种面向纯反馈系统的执行机构平行控制方法及系统，能够适用于纯反馈系统，提升纯反馈系统的稳定性。
[0007]为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种面向纯反馈系统的执行机构平行控制方法，包括：
[0009]S1.将执行机构所在的纯反馈系统划分为多个子系统；
[0010]S2.设计辅助函数；
[0011]S3.基于设计好的辅助函数，对各个子系统设计虚拟控制器；
[0012]S4.根据各个子系统的虚拟控制器，对纯反馈系统设计平行控制器，利用平行控制器进行执行机构的平行控制。
[0013]优选的，在步骤S1中，执行机构所在的纯反馈系统表示如下：
[0014][0015]其中，x1∈R
n
和x2，...，x
k
∈R，x1，x2，...，x
k
代表纯反馈系统的状态，u∈R是系统的输入，f1：R
n
×
R
→
R
n
和f
i
：R
n
×
R
i
→
R，i＝2，...，k为非线性函数，纯反馈系统的原点为平衡点在任何包含原点的开集合D中的任何偏导数都满足d(t)是纯反馈系统中的有界未知扰动，|d(t)|≤D，D＞0，D为常数，D使用紧集合表示ψ
j
＝(x1，...，x
j
)；
[0016]将纯反馈系统划分为k
‑
1个子系统，表示为
[0017][0018]其中∑
i
，i＝1，2，...，k
‑
1为纯反馈系统的子系统。
[0019]优选的，在步骤S2中，设计的辅助函数表达式如下：
[0020]p(λ)：＝f(x1，(1
‑
λ)γ1(x1)+λx2)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0021]其中，p(λ)为用于公式推导的第一辅助函数，λ为用于辅助公式推导的中间变量，λ∈R，γ1(x1)为虚拟控制器；
[0022]根据第一辅助函数进行推导、数学变换：
[0023][0024]根据公式(4)推出：
[0025]f(x1，x2)
‑
f(x1，γ(x1))＝P(x1，x2‑
γ(x1))(x2‑
γ(x1))
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0026]其中，
[0027]根据上述推导过程，确定子系统之间的关系如下：
[0028]f
i
(ψ
i
，x
i+1
)＝f
i
(ψ
i
，γ
i+1
)+P
i
·
(x
i+1
‑
γ
i
)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0029][0030]其中，P
i
为用于公式推导的第二辅助函数，γ
i
为虚拟控制器。
[0031]优选的，在步骤S3中，根据辅助函数以及子系统之间的关系，对k
‑
1个子系统分别设计李雅普诺夫函数和虚拟控制量，并根据李雅普诺夫函数和虚拟控制量进行迭代计算：
[0032]对子系统∑1进行控制，当条件x3‑
γ2(ψ3)＝0时，对子系统∑1设计虚拟控制器γ2(ψ3)：
[0033][0034]其中，常数G1＞0，V(x1)为f1(x1，γ1(x1))的严格李雅普诺夫函数，γ1(x1)为已知函数，子系统∑1的严格李雅普诺夫函数的导数为：
[0035][0036][0037]当条件x4‑
γ3(ψ4)＝0时，根据子系统∑1的严格李雅普诺夫函数的导数对子系统∑2设计虚拟控制器γ3(ψ4)：
[0038][0039]其中，常数G2＞0，子系统∑2的严格李雅普诺夫函数的导数为：
[0040][0041]根据上述步骤进行迭代计算至第k
‑
2个子系统∑
k
‑2，当条件u
‑
γ
k
(ψ
k
，u)＝0时，根据子系统∑
k
‑2的严格李雅普诺夫函数的导数对子系统∑
k
‑1设计虚拟控制器γ
k
(ψ
k
，u)：
[0042][0043][0044]其中，常数G
k
‑1＞0，子系统∑
k
‑1的严格李雅普诺夫函数的导数为：
[0045][0046]通过以上迭代计算，得到k
‑
1个子系统分别对应的虚拟控制器。
[0047]优选的，在步骤S4中，基于k
‑
1个子系统分别对应的虚拟控制器，对纯反馈系统设计平行控制器如下：
[0048][0049][0050][0051][0052]其中，常数G
k
＞0。
[0053]本专利技术还提出一种面向纯反馈系统的执行机构平行控制系统，包括：
[0054]划分单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向纯反馈系统的执行机构平行控制方法，其特征在于，包括：S1.将执行机构所在的纯反馈系统划分为多个子系统；S2.设计辅助函数；S3.基于设计好的辅助函数，对各个子系统设计虚拟控制器；S4.根据各个子系统的虚拟控制器，对纯反馈系统设计平行控制器，利用平行控制器进行执行机构的平行控制。2.根据权利要求1所述的面向纯反馈系统的执行机构平行控制方法，其特征在于，在步骤S1中，执行机构所在的纯反馈系统表示如下：其中，x1∈R
n
和x2，...，x
k
∈R，x1，x2，...，x
k
代表纯反馈系统的状态，u∈R是系统的输入，f1：R
n
×
R
→
R
n
和f
i
：R
n
×
R
i
→
R，i＝2，...，k为非线性函数，纯反馈系统的原点为平衡点在任何包含原点的开集合D中的任何偏导数都满足d(t)是纯反馈系统中的有界未知扰动，|d(t)|≤D，D＞0，D为常数，D使用紧集合表示ψ
j
＝(x1，...，x
j
)；将纯反馈系统划分为k
‑
1个子系统，表示为其中，∑
i
，i＝1，2，...，k
‑
1为纯反馈系统的子系统。3.根据权利要求2所述的面向纯反馈系统的执行机构平行控制方法，其特征在于，在步骤S2中，设计的辅助函数表达式如下：p(λ)：＝f(x1，(1
‑
λ)γ1(x1)+λx2) (3)其中，p(λ)为用于公式推导的第一辅助函数，λ为用于辅助公式推导的中间变量，λ∈R，γ1(x1)为虚拟控制器；根据第一辅助函数进行推导、数学变换：学变换：根据公式(4)推出：f(x1，x2)
‑
f(x1，γ(x1))＝P(x1，x2‑
γ(x1))(x2‑
γ(x1)) (5)其中，根据上述推导过程，确定子系统之间的关系如下：f
i
(ψ
i
，x
i+1
)＝f
i
(ψ
i
，γ
i+1
)+P
i
·
(x
i+1
‑
γ
i
) (7)
其中，P
i
为用于公式推导的第二辅助函数，γ
i
为虚拟控制器。4.根据权利要求3所述的面向纯反馈系统的执行机构平行控制方法，其特征在于，在步骤S3中，根据辅助函数以及子系统之间的关系，对k
‑
1个子系统分别设计李雅普诺夫函数和虚拟控制量，并根据李雅普诺夫函数和虚拟控制量进行迭代计算：对子系统∑1进行控制，当条件x3‑
γ2(ψ3)＝0时，对子系统∑1设计虚拟控制器γ2(ψ3)：其中，常数G1＞0，V(x1)为f1(x1，γ1(x1))的严格李雅普诺夫函数，γ1(x1)为已知函数，子系统∑1的严格李雅普诺夫函数的导数为：的严格李雅普诺夫函数的导数为：当条件x4‑
γ3(ψ4)＝0时，根据子系统∑1的严格李雅普诺夫函数的导数对子系统∑2设计虚拟控制器γ3(ψ4)：其中，常数G2＞0，子系统∑2的严格李雅普诺夫函数的导数为：根据上述步骤进行迭代计算至第k
‑
2个子系统∑
k
‑2，当条件u
‑
γ
k
(ψ
k
，u)＝0时，根据子系统∑
k
‑2的严格李雅普诺夫函数的导数对子系统∑
k
‑1设计虚拟控制器γ
k
(ψ
k
，u)：，u)：其中，常数G
k
‑1＞0，子系统∑
k
‑1的严格李雅普诺夫函数的导数为：通过以上迭代计算，得到k
‑
1个子系统分别对应的虚拟控制器。5.根据权利要求4所述的面向纯反馈系统的执行机构平行控制方法，其特征在于，在步骤S4中，基于k
‑
1个子系统分别对应的虚拟控制器，对纯反馈系统设计平行控制器如下：
其中，常数G
k
＞0。6.一种面向纯反馈系统的执行机构平行控制系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德荣，林丹瑜，王永华，薛珊，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：