一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法及系统技术方案

本公开提供了一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法及系统，涉及自适应非线性控制技术领域，方法包括针对单输入单输出的非线性严格反馈系统，将非线性严格反馈系统转换为规范动力系统形式；考虑滑模机制作为控制律的设计原理，引入Bernstein近似定理，将Bernstein多项式逼近与自适应学习方法相结合构造自适应状态观测器；根据控制目标，设计实际的自适应控制器，利用自适应状态观测器定义跟踪误差估计，转化跟踪误差估计的动力方程，使控制器的能够以期望的精度跟踪参考信号，实现严格反馈系统的自适应非反步控制。本公开有效地实现了系统的自适应跟踪控制。效地实现了系统的自适应跟踪控制。效地实现了系统的自适应跟踪控制。

【技术实现步骤摘要】
一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法及系统


[0001]本公开涉及自适应非线性控制
，具体涉及一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]众所周知，Bernstein多项式可以对复杂的非线性函数进行有效逼近，而这种逼近策略的一个重要意义是使用简单的函数级数来重新表达复杂的函数。与神经网络或模糊逻辑系统近似不同，该近似策略具有完整的数学证明，因此它可以成为非线性系统控制的一个更完美的选择。不幸的是，尽管Bernstein多项式在非线性系统的建模和控制中有一些简单的应用，但到目前为止，它与自适应方法的结合仍有未探索的地方，主要原因是Bernstein多项式理论要求被逼近的非线性函数是已知的，但非线性系统动力函数往往是未知的。
[0004]滑模控制具有结构简单、收敛快、参数变化灵敏度低以及对外部扰动具有良好鲁棒性等优点，一直是非线性系统控制中一种受欢迎的方法。它的基本设计概念是引导系统状态移动到指定的滑动面，该滑动面是定义在状态空间中的线性超平面，可以控制系统状态自动滑向原点。到目前为止，滑模机制已经通过结合其他控制技术，如：强化学习、自适应等，被广泛应用于非线性系统。然而，对于非线性严格反馈系统，因其系统结构的特殊性，滑模控制困难地应用于该类系统。

技术实现思路

[0005]本公开为了解决上述问题，提出了一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法及系统，将Bernstein多项式逼近、自适应策略、滑模机制和观测器技术相结合，提出一种新的非反步控制方法。
[0006]根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
[0007]一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法，包括：
[0008]针对单输入单输出的非线性严格反馈系统，将非线性严格反馈系统转换为规范动力系统形式；
[0009]首先，将Bernstein多项式逼近与自适应学习方法相结合构造自适应状态观测器，然后，利用滑模控制机制设计最终控制器；
[0010]根据控制目标，设计自适应控制器，利用自适应状态观测器定义跟踪误差估计，进一步获得跟踪误差估计的动力方程，使控制器的能够以理想的精度跟踪参考信号，实现严格反馈系统的自适应非反步控制。
[0011]根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
[0012]一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制系统，包括：
[0013]初始化模块，用于针对单输入单输出的非线性严格反馈系统，将非线性严格反馈系统转换为规范动力系统形式；
[0014]自适应控制模块，首先，将Bernstein多项式逼近与自适应学习方法相结合构造自适应状态观测器；然后，利用滑模控制机制设计最终控制器；
[0015]根据控制目标，设计自适应控制器，利用自适应状态观测器定义跟踪误差估计，进一步获得跟踪误差估计的动力方程，使控制器的能够以理想的精度跟踪参考信号，实现严格反馈系统的自适应非反步控制。
[0016]根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
[0017]一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现所述的一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法。
[0018]根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
[0019]一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现所述的一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法。
[0020]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0021]本公开针对一类非线性严格反馈系统，提出了一种基于自适应Bernstein多项式逼近的非反步控制的方法，打破了此类系统控制一直基于反步技术设计的局面。并且，反步控制技术有一个不可避免的缺点，即“微分爆炸”，这主要是由虚拟控制的重复求导引起的，本公开所提出的控制方法可以有效地避免这种现象。其基本设计思想是将严格反馈系统转化为规范的动力系统形式，然后根据滑模机制设计控制律，以控制多个状态。由于变换会产生一个新的未知非线性动力函数和许多新的不可测状态变量，因此无法直接推导出控制律。为此，本公开中的方法考虑状态观测器，并首次提出了自适应Bernstein多项式逼近技术，用于补偿观测器设计中未知动力函数。与自适应神经网络/模糊逻辑系统逼近方法相比，这个新的逼近方法是根据Bernstein定理发展起来的，有更严格的数学基础。通过Lyapunov稳定性分析和计算机仿真，证明本公开所提出的控制完成了非线性严格反馈系统的跟踪控制任务。
附图说明
[0022]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0023]图1为本公开实施例的非线性严格反馈系统的自适应跟踪控制结构框图；
[0024]图2为本公开实施例的仿真算例的状态跟踪性能图；
[0025]图3为本公开实施例的仿真算例跟踪误差和估计误差；
[0026]图4为本公开实施例的仿真算例观测误差和滑模变量图；
[0027]图5为本公开实施例的Bernstein多项式的自适应系数向量的范数。
具体实施方式
[0028]下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0029]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0031]实施例1
[0032]本公开的一种实施例中提供了一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法，包括：
[0033]步骤一：针对单输入单输出的非线性严格反馈系统，将非线性严格反馈系统转换为规范动力系统形式；
[0034]步骤二：首先，将Bernstein多项式逼近与自适应学习方法相结合构造自适应状态观测器；然后，利用滑模控制机制设计最终控制器；
[0035]步骤三：根据控制目标，设计自适应控制器，利用自适应状态观测器定义跟踪误差估计，进一步获得转化跟踪误差估计的动力方程，使控制器的能够以理想的精度跟踪参考信号，实现严格反馈系统的自适应非反步控制。
[0036]作为一种实施例，本公开针对一类非线性严格反馈系统，将Bernstein多项式逼近本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法，其特征在于，包括：针对单输入单输出的非线性严格反馈系统，将非线性严格反馈系统转换为规范动力系统形式；首先，将Bernstein多项式逼近与自适应学习方法相结合构造自适应状态观测器；然后，利用滑模控制机制设计最终控制器；根据控制目标，设计实际的自适应控制器，利用自适应状态观测器定义跟踪误差估计，进一步获得跟踪误差估计的动力方程，使控制器的能够以理想的精度跟踪参考信号，实现严格反馈系统的自适应非反步控制。2.如权利要求1所述的一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法，其特征在于，所述单输入单输出的非线性严格反馈系统为：
……
其中，是状态向量，是状态输出，是控制输入，是未知非线性连续函数，假设该函数足够平滑并且具有第n
‑
i阶导数。3.如权利要求1所述的一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法，其特征在于，将非线性严格反馈系统转换为规范动力系统形式为：其中4.如权利要求1所述的一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法，其特征在于，考虑滑模机制作为控制律的设计原理，引入Bernstein近似定理，将Bernstein多项式逼近与自适应学习方法相结合构造的自适应状态观测器为：
……
其中，是观测器增益向
量，它能够使矩阵是严格Hurwitz的，是的自适应Bernstein逼近。5.如权利要求1所述的一种非线性严格反馈系统的自适应非反步控制方法，其特征在于，根据控制目标，设计实际的自适应控制器包括：根据自适应状态观测器，设计如下实际控制：其中，是正常数，是滑模变量，被定义为s(t)＝c1z1(t)+c2z2(t)+
…
+c
n
‑1z
n
‑1(t)+z
n
(t),c1,c2,
…
,c
n
‑1是滑模系数，使多项式h(λ)＝λ
n<...

【专利技术属性】
技术研发人员：文国兴，周然然，李彬，刘丽霞，
申请(专利权)人：滨州学院，
类型：发明
国别省市：