【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及控制系统，尤其涉及一种非线性自适应控制系统性能评估方法。
技术介绍
1、控制系统的稳定性分析是控制系统设计中不可或缺的步骤之一，它决定着控制系统能否实现稳定、精确的跟踪，同时能够反应系统的鲁棒性，为控制参数的设计提供指导。非线性自适应控制系统可以视作基于基础控制器的自适应变增益控制系统，非线性参数是对基础反馈增益的动态补偿。从理论角度，自适应控制系统的稳定裕度大小直接决定系统的自适应性能强弱。自适应控制系统通过非线性控制律实时调整系统的性能，在考虑由不确定性引起的系统性能衰减时，若系统的稳定裕度不足，则无法保证其闭环性能始终维持在预期的性能。因此，稳定裕度分析对评估自适应控制系统的性能至关重要，它能够反映出非线性参数变化对系统性能的影响程度。
2、在理想情况下，非线性参数能够实时估计系统的不确定性并给予补偿，使系统的动态性能始终维持在设计点。非线性参数的特性决定着闭环系统是一个时变的非线性系统，系统的稳定性指标随时间呈现不同的变化。对于这类含时变参数的非线性系统，系统的稳定裕度难以得到解析解，线性系统的频域分析方法在处理非线性系统问题时往往是不适用的。
3、在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：
4、在包含时变参数的非线性系统中，稳定裕度难以得到解析解，而线性系统的频域分析方法难以适用，容易影响控制性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种非线性自适应控制系统性能评估方法，以解决现有技术中存在
2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、本专利技术提供的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，包括以下步骤：s100：基于描述函数法，将非线性自适应控制系统中的非线性部分表示为函数，并基于x的域、函数规律以及非线性函数的域，确定非线性参数τi的个数n及其取值范围，其中i = 1,2,3,…,n；s200：设定网格步长d，对非线性参数τi在取值范围内进行离散化，得到集合ωi，其中的元素个数为λi，i = 1,2,3,…,n；s300：建立以非线性参数τi为轴的n维坐标系，基于集合ωi构成n维空间网格，对每一个单一网格点进行稳定裕度分析，分别计算每一个单一网格点对应的幅值裕度和相位裕度；s400：基于幅值裕度和相位裕度，得到非线性参数取值范围内对应的自适应控制系统稳定裕度集，基于稳定裕度集对非线性自适应控制系统的自适应性能进行量化分析，得到非线性自适应控制系统性能的评估结果。
4、优选的，所述s100步骤包括：
5、s110：将非线性自适应控制系统描述为：
6、 （1），
7、并构造状态观测器：
8、 （2），
9、其中，am为常数状态矩阵，b为常数输出矩阵，x(t)为状态量，u(t)为控制量，为观测状态量；；为有界回归函数，是关于状态量的已知函数；
10、s120：则满足lyapunov稳定性定理的自适应律为：
11、 （3），
12、将控制律设计为：
13、 （4），
14、其中，m为学习速率矩阵，p=pt＞0为代数lyapunov方程的唯一对称正定解，kr为前馈增益，r(t)为指令输入；
15、s130：在式(1) ~ (4)所定义的非线性控制系统中，非线性特性由自适应律产生，通过控制律进入闭环回路中，得到非线性部分函数为：
16、 （5）；
17、s140：基于状态量x(t)的边界以及式(1)和式(4)的闭环系统，确定非线性参数τi的取值范围为：
18、 （6），
19、其中， g为初始状态系统的增益裕度，ki为基础反馈增益，n为非线性参数τi的个数。
20、优选的，所述s200具体包括：
21、基于式(6)描述的非线性参数τi取值范围及网格步长d，将非线性参数τi在取值范围区间内离散化，其集合由小至大排列为：
22、 （7），
23、 （8），
24、得到每个非线性参数τi对应的元素集合ωi及元素个数λi。
25、优选的，所述s300步骤中，采用线性系统的频域分析方法对每一个单一网格点进行稳定裕度分析。
26、优选的，所述s300步骤包括：s310：基于n个计数器λi，i= 1,2,3,…, n，通过预设循环对每个网格点上的线性系统稳定裕度进行分析；s320：基于预设循环，得到n=λ1λ2...λn-1λn个线性系统的稳定裕度分析结果，其集合为非线性系统的稳定裕度集。
27、优选的，所述s310步骤包括：基于非线性参数τi的离散集合ωi，将集合中第ji个元素赋值给非线性参数τi；令i=i+1，返回继续将集合中第ji个元素赋值给非线性参数τi，直至i=n，基于非线性参数τn的离散集合ωn，将集合第jn个元素赋值给τn，进行线性系统的稳定裕度分析；令jn= jn+1，返回继续将集合第jn个元素赋值给τn，直至jn＞λn，令jn= 1；令ji-1＝ji-1+1，返回继续将集合中第ji个元素赋值给非线性参数τi，直至ji-1＞λi-1，令ji-1＝1；令i=i-1，返回继续将集合中第ji个元素赋值给非线性参数τi，直至i= 0，循环结束。
28、优选的，基于非线性参数τn的离散集合ωn，将集合第jn个元素赋值给τn，进行线性系统的稳定裕度分析时，非线性系统中的非线性部分由常数参数替代，利用bode图进行线性系统的稳定裕度分析。
29、优选的，所述s313步骤中，非线性系统中的非线性部分由常数参数替代，利用bode图进行线性系统的稳定裕度分析。
30、优选的，所述s310步骤中，计数器ji和i的初始值均为1。
31、优选的，所述s400步骤中，当n= 2时的具体步骤为：将步骤s300求解得到的幅值裕度和相位裕度以可视化方式呈现在三维图像中，构建以非线性参数τ1和τ2为x和y基坐标，以离散集合ω1和ω2为区间的x-y平面的二维网格，分别进行幅值裕度分析和相位裕度分析，得到非线性自适应控制系统性能的评估结果。
32、优选的，所述s400步骤中，对非线性自适应控制系统的自适应性能进行量化分析时，从系统稳定裕度的集合范围以及参数对系统稳定性的影响速率两方面进行量化。
33、实施本专利技术上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：
34、本专利技术建立了非线性系统与线性系统之间的稳定裕度等效分析方法，实现了对含强非线性、时变特性系统的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，所述S100步骤包括：
3.根据权利要求2所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，所述S200具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，所述S300步骤中，采用线性系统的频域分析方法对每一个单一网格点进行稳定裕度分析。
5.根据权利要求3所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，所述S300步骤包括：
6.根据权利要求4所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，所述S310步骤包括：
7.根据权利要求5所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，基于非线性参数τn的离散集合Ωn，将集合第jn个元素赋值给τn，进行线性系统的稳定裕度分析时，非线性系统中的非线性部分由常数参数替代，利用Bode图进行线性系统的稳定裕度分析。
8.根据权利要求4所述的一种非线性自适应控制系统性
9.根据权利要求5所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，所述S400步骤中，当n= 2时的具体步骤为：
10.根据权利要求1所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，所述S400步骤中，对非线性自适应控制系统的自适应性能进行量化分析时，从系统稳定裕度的集合范围以及参数对系统稳定性的影响速率两方面进行量化。
...【技术特征摘要】
1.一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，所述s100步骤包括：
3.根据权利要求2所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，所述s200具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，所述s300步骤中，采用线性系统的频域分析方法对每一个单一网格点进行稳定裕度分析。
5.根据权利要求3所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，所述s300步骤包括：
6.根据权利要求4所述的一种非线性自适应控制系统性能评估方法，其特征在于，所述s310步骤包括：
7.根据权利要求5所述的一种非线性自...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯玥，王财政，吴了泥，郭秋泉，张海涛，杨军，
申请(专利权)人：电子科技大学深圳高等研究院，
类型：发明
国别省市：
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