一种分散的事件触发自适应反步控制方法技术

本发明专利技术公开了一种分散的事件触发自适应反步控制方法，定义非线性系统，并设定三个系统必须满足的条件；其次进行坐标转化，设计连续状态反馈下的分散自适应反步控制器，最后在连续状态反馈下的分散自适应反步控制器的基础上构造一种事件触发条件下的分散自适应反步控制器。该方法通过将基于变量的修正凝聚方法的原理与非三角形结构不确定性的特殊处理相结合，避免了对时变参数的求导，消除了三角形结构条件的限制，从而拓宽了应用范围；用触发的状态直接替换连续的状态，完全消除了由间歇状态反馈引起的虚拟控制器的不可微问题，使得互联系统每个子系统只与相邻子系统交换信息，只利用间歇状态和输入，保证了通信资源使用和控制性能之间的平衡。用和控制性能之间的平衡。用和控制性能之间的平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种分散的事件触发自适应反步控制方法


[0001]本专利技术涉及一种分散间歇反馈自适应控制方法，尤其涉及一种非线性时变系统具有非三角形结构不确定性的分散间歇反馈自适应控制方法。

技术介绍

[0002]在大规模非线性控制系统中，网络控制系统具有成本低、维护方便、可靠性高等优点，其中，通信网络是信号传输的必要手段。然而，在这种框架下，分散控制和网络控制之间存在着差距，因为通信带宽和信道有限，传感器不能实时传输或更新数据，这会降低大规模非线性系统的控制性能。
[0003]为了保持通信资源使用和控制性能之间的平衡，人们采用只在某些预定条件被触发时才进行通信的事件触发控制方法以节省能源和通信资源。早期关于事件触发控制的成果主要针对线性系统，后续展开了对非线性系统的扩展工作，但考虑的系统模型需要完全已知。为了应对非线性系统的不确定性，提出了基于反步设计法的事件触发自适应控制方案。然而，这些设计方案是只允许控制信号在网络中间歇性传输，而系统状态还是基于连续反馈进行传输，因此只能节省控制器到执行器通道中的通信资源，并不适用于传感器到控制器通道的通信资源节省。
[0004]在过去的几年里，通过间歇性状态反馈的控制设计引起了越来越多的关注。在这个方向上，主要有两种控制方案。第一种是只使用间歇性输出的状态触发控制。这种方案只有输出被触发，对通信负担的减轻仍然有限。第二种是通过间歇性全状态反馈的状态触发控制。但研究对象大多是低阶或标准形式的模型，针对具有不匹配和非参数不确定性的大规模互连系统的研究也局限于三角形结构的非线性系统，并且要求被控对象参数为常量。然而在大多数应用中，被控对象参数会随时间快速变化。例如，在高速公路交通系统控制中，自由行驶车速就是一个时变参数，天气、气压和风速等变化会对其产生很大影响。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述问题，我们在本专利技术中放宽过于强烈的限制，扩大基于反步法的状态触发稳定性理论的适用范围，针对具有非三角形结构不确定性和未知时变参数的非线性互连系统开发了一种分散的事件触发自适应反步控制方法，使得系统能够很好地保持通信资源使用和控制性能之间的平衡。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：同权利要求书，暂时省略。
[0007]相对于现有技术，本专利技术至少具有如下优点：
[0008]1.本方法基于反步技术提出了一种全局分散的自适应控制方案，通过将基于变量的修正凝聚方法的原理与非三角形结构不确定性的特殊处理相结合，避免了对时变参数的求导，消除了三角形结构条件的限制，从而拓宽了应用范围；用触发的状态直接替换连续的状态，完全消除了由间歇状态反馈引起的虚拟控制器的不可微问题，使得互联系统每个子系统只与相邻子系统交换信息，只利用间歇状态和输入，保证了通信资源使用和控制性能
之间的平衡。
[0009]1.本方法将过于强烈的限制条件放宽，扩大了基于反步法的状态触发稳定性理论的适用范围，使本方法更具普适性。
[0010]2.本方法提出的事件触发机制对传输时间有一个严格的正下限，从而避免了芝诺现象，并且利用动态滤波技术和投影算子的思想，将本项专利技术结果扩展到具有多个不匹配时变参数的更通用的系统。
附图说明
[0011]图1为选择触发阈值较大组时x
1,k
(k＝1,2)的情况。
[0012]图2为选择触发阈值较大组时x
2,k
(k＝1,2)的情况。
[0013]图3为不同触发阈值下x
i,k
(i,k＝1,2)的触发次数。
[0014]图4为不同触发阈值下x
i,k
(i,k＝1,2)的触发次数。
具体实施方式
[0015]下面对本专利技术作进一步详细说明。
[0016]本专利技术研究了存在非三角形结构不确定性和时变参数的情况下，一类互连系统的分散稳定问题，其中每个子系统只与其邻居交换信息，并且只利用间歇性(而非连续性)状态和输入。我们扩大基于反步法的状态触发稳定性理论的适用范围，提出了基于反步法的全局分散间歇反馈自适应控制方案。
[0017]一种分散的事件触发自适应反步控制方法，包括如下步骤：
[0018]S1：定义以下非线性系统，由N个相互连接的子系统组成，第i个子系统建模为:
[0019][0020][0021]y
i
＝x
i,1
[0022]式中i＝1,
…
,N，系统状态k＝1,
…
,n
i
，其中，其中分别是控制输入和输出，和为已知函数。其中是未知参数向量，表示j≠i时来自第j个子系统的非线性耦合作用，j＝i时表示第i个子系统的建模误差。
[0023]本专利技术的目标是为系统(1)开发全局分散自适应反步控制器，仅使用局部间歇反馈信号，使得:
[0024]i)闭环信号的全局一致有界性得到保证，而所有子系统的输出都被引导到零附近的可分配残差集；
[0025]ii)排除芝诺行为。
[0026]假设1：未知非线性函数f
ij,k
(x
j
,u
j
,t)满足以下线性增长条件:
[0027][0028]对于i,j＝1,
…
,N，其中是未知的耦合增益，表示建模误差和非线性耦合
相互作用的大小/强度，∈
ij,k
≥0是一个未知常数。
[0029]假设2：当t≥0时，参数θ
i
(t)是分段连续的，且θ
i
(t)∈Ω
i0
，其中Ω
i0
是一个未知的紧集。Ω
i0
的“半径”，用β
θi
表示，假设是有界的，但不一定是已知的。
[0030]假设3：函数和ψ
i
(x
i
),i＝1,
…
,N满足全局Lipschitz连续性条件，使
[0031][0032][0033]其中和L
ψi
是未知的有界常数。
[0034]S2:利用局部连续状态信号设计了一种分散自适应反步控制器，该方案可作为间歇状态反馈控制器的基础，为此，我们进行了以下坐标变换:
[0035]z
i,1
＝x
i,1
ꢀꢀ⑷
[0036][0037]其中z
i,1
表示连续状态下系统状态x
i,1
的坐标变换；z
i,k
表示连续状态下状态信号x
i,k
的坐标变换；α
i,k
‑1表示连续状态下的虚拟控制器；
[0038]S3:连续状态反馈下的分散自适应反步控制器设计为:
[0039][0040][0041][0042]其中，α
i,1
，α
i,k
和是连续状态下的虚拟控制器；c本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分散的事件触发自适应反步控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1:定义以下非线性系统，由N个相互连接的子系统组成，第i个子系统建模为:式中i＝1,
…
,N，系统状态其中状态向量其中状态向量其中状态向量分别是控制输入和输出，x
i,k+1
表示系统在k+1时刻的状态；和为已知函数；其中是未知参数向量，表示j≠i时来自第j个子系统的非线性耦合作用，j＝i时表示第i个子系统的建模误差，f
ij,ni
(x
j
,u
j
,t)表示在末尾n
i
时刻对应的j≠i时来自第j个子系统的非线性耦合作用，j＝i时表示第i个子系统的建模误差；假设1：f
ij,k
(x
j
,u
j
,t)满足以下线性增长条件:对于i,j＝1,
…
,N，其中是未知的耦合增益，∈
ij,k
≥0是一个未知常数；假设2：当t≥0时，参数θ
i
(t)是分段连续的，且θ
i
(t)∈Ω
i0
，其中Ω
i0
是一个未知的紧集，Ω
i0
的“半径”，用β
θi
表示，假设是有界的，但不一定是已知的；假设3：函数和ψ
i
(x
i
),i＝1,
…
,N满足全局Lipschitz连续性条件，使其中和是未知的有界常数；S2：坐标变换：z
i,1
＝x
i,1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)z
i,k
＝x
i,k
‑
α
i,k
‑1,k＝2,
…
,n
i
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中z
i,1
表示连续状态下系统状态x
i,1
的坐标变换；z
i,k
表示连续状态下状态信号x
i,k
的坐标变换；α
i,k
‑1表示连续状态下的虚拟控制器；S3：连续状态反馈下的分散自适应反步控制器设计为：S3：连续状态反馈下的分散自适应反步控制器设计为：S3：连续状态反馈下的分散自适应反步控制器设计为：其中，α
i,1
，α
i,k
和α
i,ni
是连续状态下的虚拟控制器；c
i,1
，c
i,k
，和
是正的设计参数；是α
i,k
‑1对x
i,l
的偏导数，是一个依赖于c
i,k
,和的常数；x
i,...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秀财，陈世凤，孙丽贝，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：