一种全状态误差约束控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种全状态误差约束控制方法及装置，涉及自动控制领域

【技术实现步骤摘要】
一种全状态误差约束控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及自动控制领域，更具体的涉及一种全状态误差约束控制方法及装置
。

技术介绍

[0002]响应速度是评价被控系统动态特性的重要指标
。
在实际工程应用中，通常希望被控系统状态能快速收敛到稳定状态
。
[0003]随着控制理论的发展，先后提出了有限时间控制
、
固定时间控制和预定义时间控制，为提出具有快速收敛性能的控制方法提供了理论依据
。
其中，由于系统稳定时间可以根据实际应用需求直接设定，因此对预定义时间控制的研究更具实用性，受到了广泛的关注
。
[0004]需要指出的是，在很多预设时间控制相关研究结果中，虽然被控系统可以在预设时间内实现稳定，但由于系统不确定性和外界扰动的存在，系统状态误差只能收敛到接近0的邻域，且邻域的范围未知，不能保证系统状态误差收敛到期望的精度范围
。
对于实际应用来说，仅仅保证系统控制过程具有较快的响应速度是不够的，还需要具有较高的控制精度
。
[0005]此外，在实际工程应用中，由于传感器技术的限制，一些系统状态无法测量，因此，在研究具有状态误差约束的不确定非线性系统的预定义时间控制问题时，有必要考虑状态不可测量的情况
。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供一种全状态误差约束控制方法及装置，可以使得被控不确定非线性系统的全状态跟踪误差在预设时间内达到预设的稳态误差精度范围内/>。
[0007]本专利技术实施例提供一种全状态误差约束控制方法，包括：
[0008]根据具有外部扰动的非线性系统方程得到等价动力学方程和观测器动力学方程；根据误差变量集构造预设时间滤波器动态方程；
[0009]根据第一阶子系统跟踪误差动力学方程以及第一
Lyapunov
函数，得到第一虚拟控制信号
、
第一自适应更新律函数以及第一调整函数；将第一虚拟控制信号作为预设时间滤波器输入信号，基于所述预设时间滤波器动态方程得到滤波器输出信号；
[0010]根据第
i
阶子系统跟踪误差动力学方程
、
所述预设时间滤波器动态方程以及第
i Lyapunov
函数，得到第
i
虚拟控制信号
、
第
i
自适应更新律函数以及第
i
调整函数；
[0011]根据第
n
阶子系统跟踪误差动力学方程
、
所述预设时间滤波器动态方程以及第
n Lyapunov
函数，得到预设时间控制输入信号
、
第
n
自适应更新律函数以及第
n
调整函数
。
[0012]优选地，所述根据具有外部扰动的非线性系统方程得到等价动力学方程，具体包括：
[0013]根据所述具有外部扰动的非线性系统方程构建模糊逻辑逼近器，根据所述模糊逻辑逼近器和所述具有外部扰动的非线性系统方程得到等价动力学方程以及所述等价动力学方程的状态空间形式；
[0014]所述具有外部扰动的非线性系统方程如下所示：
[0015][0016]所述模糊逻辑逼近器如下所示：
[0017][0018]所述等价动力学方程如下所示：
[0019][0020]所述等价动力学方程的状态空间形式如下所示：
[0021][0022]其中，表示第
i
阶子系统状态的一阶导数，
x
i
表示第
i
阶子系统状态，
f
i
(x)
表示第
i
阶子系统中含有的未知非线性动态，
d
i
(t)
表示第
i
阶子系统遭受的有界外部扰动，表示第
n
阶子系统状态的一阶导数，
u
表示表示预设时间控制输入信号，
d
n
(t)
表示第
n
阶子系统遭受的有界外部扰动；表示理想模糊权向量，表示以观测状态为输入的模糊基函数向量，表示
x
的估计值，
∈
i
表示有界模糊逼近误差，是
x
的一阶导数，
x
＝
[x1,
…
,x
n
]T
∈R
n
，，
k
i
表示正设计参数，
‖
Ξ
‖≤
Ξ
*
和
‖D‖≤D
*
，
Ξ
*
和
D
*
分别表示正常数，分别表示正常数，0i
＝
[0,
…
,0]T
∈R
i
,y
＝
x1表示系统输出状态
。
[0023]优选地，所述观测器动力学方程如下所示：
[0024][0025]所述得到观测器动力学方程之后，还依次得到所述观测器动力学方程的状态空间形式
、
状态估计误差和状态估计误差的动力学方程；
[0026]所述观测器动力学方程的状态空间形式如下所示：
[0027][0028]所述状态估计误差如下所示：
[0029][0030]所述状态估计误差的动力学方程如下所示：
[0031][0032]其中，表示第
i
阶子系统观测状态，阶子系统观测状态，表示系统输出信号的观测值，表示的一阶导数
,
表示的一阶导数，
ε
表示状态观测误差，表示状态误差的动力学方程
。
[0033]优选地，所述误差变量集如下所示：
[0034][0035]得到所述误差变量集之后，还包括：根据所述误差变量集包括的第一阶子系统跟踪误差和第
i
阶子系统跟踪误差得到误差转换变量和误差转化动力学方程：
[0036][0037][0038]其中，
z1表示第一阶子系统跟踪误差，
y
＝
x1表示系统输出状态，
y
d
表示指定参考信号，
z
i
表示第
i
阶子系统跟踪误差，表示第
i
阶子系统观测状态，
ζ
i
表示第
i
阶子系统滤波误差，表示第
i
个滤波器输出信号，
α
i
表示第
i
虚拟控制信号，
ξ
i
表示第
i
阶子系统误差转化变量，
Ω
H,i
(t)
表示用户定义的第
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种全状态误差约束控制方法，其特征在于，包括：根据具有外部扰动的非线性系统方程得到等价动力学方程和观测器动力学方程；根据误差变量集构造预设时间滤波器动态方程；根据第一阶子系统跟踪误差动力学方程以及第一
Lyapunov
函数，得到第一虚拟控制信号
、
第一自适应更新律函数以及第一调整函数；将第一虚拟控制信号作为预设时间滤波器输入信号，基于所述预设时间滤波器动态方程得到滤波器输出信号；根据第
i
阶子系统跟踪误差动力学方程
、
所述预设时间滤波器动态方程以及第
iLyapunov
函数，得到第
i
虚拟控制信号
、
第
i
自适应更新律函数以及第
i
调整函数；根据第
n
阶子系统跟踪误差动力学方程
、
所述预设时间滤波器动态方程以及第
nLyapunov
函数，得到预设时间控制输入信号
、
第
n
自适应更新律函数以及第
n
调整函数
。2.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据具有外部扰动的非线性系统方程得到等价动力学方程，具体包括：根据所述具有外部扰动的非线性系统方程构建模糊逻辑逼近器，根据所述模糊逻辑逼近器和所述具有外部扰动的非线性系统方程得到等价动力学方程以及所述等价动力学方程的状态空间形式；所述具有外部扰动的非线性系统方程如下所示：所述模糊逻辑逼近器如下所示：所述等价动力学方程如下所示：所述等价动力学方程的状态空间形式如下所示：其中，表示第
i
阶子系统状态的一阶导数，
x
i
表示第
i
阶子系统状态，
f
i
(x)
表示第
i
阶子系统中含有的未知非线性动态，
d
i
(t)
表示第
i
阶子系统遭受的有界外部扰动，表示第
n
阶子系统状态的一阶导数，
u
表示表示预设时间控制输入信号，
d
n
(t)
表示第
n
阶子系统遭受的有界外部扰动；表示理想模糊权向量，表示以观测状态为输入的模糊基函数向量，表示
x
的估计值，
∈
i
表示有界模糊逼近误差，是
x
的一阶导数，
x
＝
[x1,
…
,x
n
]
T
∈R
n
，
A
＝
k
i
表示正设计
参数，
||
Ξ
||≤
Ξ
*
和
||D||≤D
*
，
Ξ
*
和
D
*
分别表示正常数，分别表示正常数，0i
＝
[0,
…
,0]
T
∈R
i
,y
＝
x1表示系统输出状态
。3.
如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述观测器动力学方程如下所示：所述得到观测器动力学方程之后，还依次得到所述观测器动力学方程的状态空间形式
、
状态估计误差和状态估计误差的动力学方程；所述观测器动力学方程的状态空间形式如下所示：所述状态估计误差如下所示：所述状态估计误差的动力学方程如下所示：其中，表示第
i
阶子系统观测状态，阶子系统观测状态，表示系统输出信号的观测值，表示的一阶导数
,
表示的一阶导数，
ε
表示状态观测误差，表示状态误差的动力学方程
。4.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述误差变量集如下所示：得到所述误差变量集之后，还包括：根据所述误差变量集包括的第一阶子系统跟踪误差和第
i
阶子系统跟踪误差得到误差转换变量和误差转化动力学方程：阶子系统跟踪误差得到误差转换变量和误差转化动力学方程：其中，
z1表示第一阶子系统跟踪误差，
y
＝
x1表示系统输出状态，
y
d
表示指定参考信号，
z
i
表示第
i
阶子系统跟踪误差，表示第
i
阶子系统观测状态，
ζ
i
表示第
i
阶子系统滤波误差，表示第
i
个滤波器输出信号，
α
i
表示第
i
虚拟控制信号，
ξ
i
表示第
i
阶子系统误差转化变量，
Ω
H,i
(t)
表示用户定义的第
i
上界时变约束函数，
Ω
L,i
(t)
表示用户定义的第
i
下界时变约束函数；表示第
i
阶子系统误差转化动力学方程，
表示第
i
阶子系统跟踪误差动力学方程
。5.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设时间滤波器动...

【专利技术属性】
技术研发人员：于登秀，王旭阳，宁少驰，徐浩，王震，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：