执行器故障时不确定非线性系统的自适应跟踪控制方法技术方案

本发明专利技术揭示了一种执行器故障时不确定非线性系统的自适应跟踪控制方法，包括以下步骤：首先，建立具有执行器故障的不确定非线性系统动力学模型；其次，基于执行器失效和不确定动态存在下的非线性系统，结合模糊逻辑系统和动态面控制方法，设计所需要的误差函数和虚拟控制律；最后，结合设计的自适应更新律和控制器，设计李雅普诺夫函数，确保执行器故障下不确定非线性系统自适应跟踪能够实现。本发明专利技术针对执行器故障和不确定非线性动态的存在，结合模糊逻辑系统、动态面控制方法和自适应控制方法，设计了模糊动态面自适应跟踪控制方法，保证在执行器故障和不确定非线性动态存在下非线性系统能够实现自适应跟踪控制。非线性系统能够实现自适应跟踪控制。非线性系统能够实现自适应跟踪控制。

【技术实现步骤摘要】
执行器故障时不确定非线性系统的自适应跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及数学模型技术，尤其涉及基于模糊动态面控制的执行器故障不确定非线性系统自适应跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]对系统建立合适的数学模型，是分析问题和实现各种控制的前提条件。然而，实际中的很多系统，如无人机系统、机械臂系统、倒立摆系统等，由于非线性动态、不确定动态等的存在，在建立模型时需要构建为非线性系统模型。此外，随着系统长时间、高强度的运行，可能造成系统中执行器出现故障，而执行器故障的出现，不仅给系统模型的建立带来困难，还会给系统的控制带来难度。由此，当系统中发生执行器故障或者存在不确定非线性动态，设计合适的控制器就显得必不可少。因此，对执行器故障下不确定非线性系统进行研究，设计合适的控制方法，从而解决期望的控制问题，具有很好的实际意义。
[0003]反步控制方法在解决不确定非线性系统的自适应控制方面具有很好的优势，该方法通过将复杂的系统分解为不超过系统阶数的子系统，并对每个子系统设计李雅普诺夫函数和虚拟控制律，直至设计出系统的最终控制器。尽管反步法对不确定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.执行器故障时不确定非线性系统的自适应跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，建立具有执行器故障的不确定非线性系统动力学模型；其次，基于执行器失效和不确定动态存在下的非线性系统，结合模糊逻辑系统和动态面控制方法，设计所需要的误差函数和虚拟控制律；最后，结合设计的自适应更新律和控制器，设计李雅普诺夫函数，确保执行器故障下不确定非线性系统自适应跟踪能够实现。2.根据权利要求1所述的自适应跟踪控制方法，其特征在于：所述设计所需要的误差函数和虚拟控制律时包括：1)基于执行器失效和不确定动态存在下的非线性系统，结合模糊逻辑系统和动态面控制方法，当i＝1，设计所需要的误差函数和虚拟控制律；2)基于执行器失效和不确定动态存在下的非线性系统，结合模糊逻辑系统和动态面控制方法，当i＝1,2,
…
,n
‑
1，设计所需要的误差函数和虚拟控制律；3)基于执行器失效和不确定动态存在下的非线性系统，结合模糊逻辑系统和动态面控制方法，当i＝n，设计所需要的误差函数和控制器。3.根据权利要求1或2所述的自适应跟踪控制方法，其特征在于：建立具有执行器故障的不确定非线性系统动力学模型，包括以下步骤：1)具有执行器故障的不确定非线性系统模型表达式为：其中，i表示系统的第i个状态，n表示系统的阶数，其中，i表示系统的第i个状态，n表示系统的阶数，x
i
(t)表示系统状态，υ(t)表示系统控制输入，和表示系统中的未知非线性函数，表示系统受到的不确定动态；2)系统的执行器发生故障，且执行器故障由执行器失效和偏差信号构成，则系统控制输入υ(t)为：其中，ρ表示执行器失效程度系数，取值范围为0＜ρ≤1，当ρ＝1时表示执行器正常，u(t)表示控制律，f0(t)表示在时刻t≥t1时，执行器受到的时变偏差信号；3)引入模糊逻辑系统对进行逼近：进行逼近：其中，表示理想的模糊逻辑系统参数向量，是θ
i*
的估计向量，表示模糊基函数向量，表示逼近误差且有界，满足表示逼近误差且有界，满足是的估计函数，(
·
)
T
表示对括号内的变量执行转置操作；
4)对不确定动态和执行器受到的时变偏差信号f0(t)设界：(t)设界：其中，和分别表示正常数。4.根据权利要求2所述的自适应跟踪控制方法，其特征在于：基于执行器失效和不确定动态存在下的非线性系统，结合模糊逻辑系统和动态面控制方法，当i＝1，设计所需要的误差函数和虚拟控制律的方法包括以下步骤：1)确定跟踪误差函数，其表达式为：S1＝e1＝x1‑
y
d
ꢀꢀꢀꢀ
式7其中，e1表示系统的跟踪误差，x1表示系统的第1个状态，y
d
表示给定的跟踪信号；根据式1，对式7进行求导，得到：其中，表示第1个误差函数S1的导数，x2表示系统的第2个状态，表示跟踪信号的y
d
导数；将式3代入式8，得到：其中，2)设计虚拟控制律Ψ
2d
和自适应更新律形式为：形式为：其中，tanh(
·
)表示双曲正切函数，表示给定的常数，c1和η1表示设计的常数，Φ1表示设计的正定矩阵，表示第1个模糊逻辑系统的初始参数矩阵，表示第1个模糊逻辑系统参数矩阵θ1的估计，表示逼近误差最大值；3)引入一阶低通滤波器对虚拟控制律ψ
2d
进行滤波，得到：其中，y
2d
表示一阶低通滤波器的输出，表示y
2d
的导数，τ2表示滤波时间常数，ψ
2d
(0)表示虚拟控制律的初始值，y
2d
(0)表示一阶低通滤波的初始值；4)定义滤波误差z2，得到：z2＝y
2d
‑
ψ
2d
ꢀꢀ
式13根据式12和式13，得到：
根据式10和式14，对式13进行求导，得到：其中，H2(
·
)是引入的非负连续且有界函数且|H2(
·
)|≤H2，表示滤波误差z2的导数，表示ψ
2d
的偏导数，表示的偏导数，表示的偏导数，表示的偏导数，表示的导数，表示的导数，表示S1的导数，表示的导数。5.根据权利要求2所述的自适应跟踪控制方法，其特征在于：基于执行器失效和不确定动态存在下的非线性系统，结合模糊逻辑系统和动态面控制方法，当i＝2,
…
,n
‑
1，设计所需要的误差函数和虚拟控制律的方法包括以下步骤：1)确定跟踪误差函数，其表达式为：S
i
＝x
i
‑
y
id
ꢀꢀ
式16其中，i＝2,
…
,n
‑
1，x
i
表示系统的第i个状态，y
id
表示一阶低通滤波器的输出；结合式1对式16进行求导，得到：其中，表示S1的导数，表示y
id
的导数；将式3代入式17，即有：其中，2)设计虚拟控制律Ψ
(i+1)d
和自适应更新律形...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓雄峰，张陈，徐彬梓，陶亮，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：