【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非线性系统控制领域，具体涉及一种任意时间段状态受约束的非线性系统跟踪控制方法。
技术介绍
1、随着现代工业应用中对控制性能要求的不断提高，几乎所有的控制系统都受到一定的强制性限制，即约束控制系统。约束系统在各个领域中无处不在，它们被用来对系统的状态、输入或输出进行标准化，以确保系统满足规范的要求。约束系统具有广泛的适用性，在各种工程和科学应用中具有重要意义。
2、约束系统的研究是非线性系统控制中的一个关键问题。各种非线性系统控制方法的设计与实现需要考虑如何有效地处理系统约束，以保证系统在安全、稳定、可控的状态下运行。现有的非线性系统控制方法有值函数法、自适应控制、非线性滑模控制方法、动态面控制、反步递归控制等。其中，自适应控制、动态面控制和反演递归控制较为常见。自适应控制是一种根据系统的动态性自动调整控制器参数的方法，它可以实时调整控制器参数以适应系统的变化。动态面控制用一阶惯性元素近似代替微分计算，从而避免了微分爆炸的问题。反演递归控制是一种将系统的稳定性问题转化为一系列嵌套的lyapunov方程，并逐步推导出控制器表达式的方法。这些方法在非线性系统控制领域得到了广泛的应用和研究，为本文的研究提供了基础。在实际应用中，往往需要结合系统模型和实际约束条件设计合适的控制器。
3、大多数实际系统往往受到一些约束，如全状态约束、部分状态约束、输出约束等。随着理论探索与实际应用之间的差距，学者们越来越多地探索该领域，通过寻求新的方法和技术突破科学和工程的边界解决约束。在他们的努力下，出现了各种约束方
4、然而，上述约束方法大多解决的是系统整个运行时期受到状态约束或输出约束情况，而任意有限时间段状态受约束是较为常见且尚未得到解决的情况。任意有限时间段状态受约束即系统状态在任意有限时间内是受约束的，在其他时间是自由的。一个直接的例子是一辆自动驾驶汽车开始在宽阔区域内行驶，一段时间后遇到路障进入狭窄(受限)区域受到约束，需要立即减速并避免过度转向，避开路障后自动驾驶汽车再次正常行驶。除此之外，我们可以找到许多相关的实际应用。例如，一组飞机在特定时间段进入隧道，一艘战舰在特定时间段通过狭窄的海峡等。从控制的角度来看，上述应用涉及任意有限时间段跟踪控制，其中路径受不确定初始跟踪条件和时变状态约束的限制，但在现有文献中很少得到关注。这一问题的解决迫在眉睫，值得我们去探究。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术研究了一种任意时间段状态受约束的非线性系统跟踪控制方法。我们引入了一种新的移位变换，构造了一个非对称的障碍lyapunov函数(blf)，使系统状态仅在一段时间内受到约束。然而，当blf控制方法处理高阶控制问题时，系统需要进行更复杂的迭代运算，导致计算量急剧增加，反步递推过程中出现“复杂度爆炸”现象。为了应对这一挑战，动态面控制应运而生，它巧妙地降低了回溯过程的复杂性。通过将blf、动态面控制和反步递推控制有效地结合起来，设计出满足约束条件的跟踪控制器。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下解决方案：
3、一种任意时间段状态受约束的非线性系统跟踪控制方法，包括以下步骤：
4、a、通过对实际工程中任意时间状态受约束系统的应用分析，考虑一类符合条件的严格反馈非线性系统状态方程；
5、b、设计移位函数，构造一个新的移位函数将约束范围之外的状态转移到约束范围内，从而解决任意时间段状态受约束问题；
6、c、根据所述的严格反馈非线性系统状态方程构建跟踪误差并利用动态面控制，设计一阶惯性滤波器，用一个一阶惯性环节近似代替微分计算，避免微分爆炸的问题；同时，利用设计的移位函数，对跟踪误差进行移位变换；
7、d、设计时变的障碍lyapunov函数(blf)，将blf与移位函数相结合，解决了单独使用blf时初始状态必须限制在约束范围内的问题；选取合适的非线性lyapunov函数，反步递推设计出每一步的虚拟控制变量、自适应更新率以及系统的实际控制输入；
8、e、利用young’s不等式，通过lyapunov函数，给出严格反馈非线性系统稳定性分析。
9、与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：
10、本专利技术首次构造了一种新的移位函数，它将约束范围之外的状态转移到约束范围内，以此来解决任意时间段状态受约束问题。
11、在控制器设计中，将blf与移位函数相结合，解决了单独使用blf时初始状态必须限制在约束范围内的问题。
12、把无约束阶段和有约束阶段融入到一个统一的控制框架中，解决了非线性系统状态在任意有限时间段受到约束，在其他时间是自由的此类约束问题，因此，控制器的设计更加灵活，具有更广泛的应用范围。
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1.一种任意时间段状态受约束的非线性系统跟踪控制方法，其特征在于，其步骤如下：
2.如权利要求1所述的任意时间段状态受约束的非线性系统跟踪控制方法，其特征在于，所述A具体步骤包括：
3.如权利要求1所述的任意时间段状态受约束的非线性系统跟踪控制方法，其特征在于，所述B中构造的障碍Lyapunov函数(BLF)包括：
4.如权利要求1所述的任意时间段状态受约束的非线性系统跟踪控制方法，其特征在于，所述C具体步骤包括：
【技术特征摘要】
1.一种任意时间段状态受约束的非线性系统跟踪控制方法，其特征在于，其步骤如下：
2.如权利要求1所述的任意时间段状态受约束的非线性系统跟踪控制方法，其特征在于，所述a具体步骤包括：
3.如权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王春晓，王澳迪，赵子儇，王凤和，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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