【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及事件触发控制、振动跟踪控制、自适应控制和边界控制，具体涉及一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法。
技术介绍
1、海洋占地球总面积的70％，21世纪以来，人类开始广泛利用自主水下航行器(auv)来开发利用海洋资源。auv在地形测量、水下环境监测、深海打捞、甚至军事领域中显示出显著的应用价值。传统的研究主要集中在具有螺旋桨结构的auv，然而作为auv的一类，柔性仿生鱼具有质量小、隐蔽性强、运动效率高等特点，可应用于水下狭窄空间探索、侦察、信息传输等任务等领域。而柔性仿生鱼主要通过鱼尾进行控制，在柔性仿生鱼尾的研究中，通常将非均匀的欧拉伯努利梁作为基础模型，然而，如何通过自适应边界控制器控制柔性仿生鱼尾跟踪参考振动信号是一个亟待解决的问题。
2、在实际工程应用当中，柔性仿生鱼尾会不可避免的遇到未知的边界扰动，边界扰动会对执行器的控制性能产生影响，甚至会导致系统不稳定。因此，仿生鱼尾的控制器应当具备一定的抗干扰能力。
3、输出约束是影响系统性能的重要因素，在实际工程中，过高的系统输出甚至会破坏系统的稳定性。特别是对于非线性系统，将输出约束在一定范围内是十分有必要的。
4、通常，控制信号由控制系统通过网络发送。然而，网络通信资源是有限的。因此，如何有效利用这些资源，同时确保控制系统的稳定性，并分配剩余资源来处理其他任务，在柔性仿生鱼尾系统的控制研究中十分关键。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一
2、本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：
3、一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法，所述仿生鱼尾事件触发限制控制方法包括以下步骤：
4、s1、根据柔性仿生鱼尾的动态特性，基于哈密顿原理，同时考虑未知边界扰动，构建柔性仿生鱼尾的动力学模型；
5、s2、利用基于变量分离的辅助系统，考虑输出限制，构建柔性仿生鱼尾的跟踪误差模型；
6、s3、考虑事件触发方案，基于所述跟踪误差模型，构造lyapunov函数；
7、s4、基于所述lyapunov函数，构造柔性仿生鱼尾的自适应边界控制器；
8、s5、基于所述自适应边界控制器，通过位于鱼尾的边界执行器，对具有未知边界扰动的柔性仿生鱼尾实现事件触发限制控制。
9、进一步地，柔性仿生鱼尾的模型由于是非均匀的，故无法利用常规的均匀伯努利梁模型对其模型进行建立，考虑所述步骤s1中柔性仿生鱼尾的动态特性包括柔性鱼尾的动能、势能以及非保守力对鱼尾所做的虚功，将动能、势能和虚功代入哈密顿原理，并考虑未知边界扰动，得到柔性仿生鱼尾的动力学模型为：
10、
11、式中，a(s)是为柔性仿生鱼尾的变阻尼系数，ρ(s)为鱼尾的非均匀线密度，ei(s)为鱼尾的弯曲刚度；s是空间位置变量，t是时间变量，l代表柔性仿生鱼尾的长度；r(s,t)表示柔性鱼尾在位置s处、时刻t时的振动偏移量；其中，ρ(s)、a(s)需要满足假设：|ρ(s)|≤m1，|a(s)|≤m2，m1、m2分别为ρ(s)、a(s)的上界；分别是r(s,t)关于时间t的一阶偏导和二阶偏导,[ei(s)r″(s,t)]″为[ei(s)r″(s,t)]关于位置s的二阶偏导，r″(s,t)是r(s,t)关于位置s的二阶偏导；
12、柔性仿生鱼尾的边界条件为：
13、
14、式中表示在柔性鱼尾部连接处的控制输出，d(t)表示在柔性鱼尾连接处的未知边界扰动，且d(t)满足：其中为d(t)关于时间t的一阶偏导数，和分别表示d(t)与的上界，ei(0)为柔性鱼尾在s＝0处的弯曲刚度；r(0,t)表示柔性鱼尾在位置s＝0处、时刻t时的振动偏移量，r″(l,t)、r″′(l,t)分别表示鱼尾在位置s＝l、时刻t时振动偏移量的二阶位置偏导、三阶位置偏导。由上述模型可以看出，通过调节控住输出u(t)便可控制柔性仿生鱼尾的振动。
15、进一步地，所述步骤s2中柔性仿生鱼尾需要跟踪参考信号进行摆动，但是柔性鱼尾的振动偏移量r(s,t)是一个由位置变量s、时间变量t耦合的二维函数，故考虑利用变量分离的辅助函数γ(s)t(t)，构造辅助系统，定义追踪误差h(s,t)如下：
16、h(s,t)＝r(s,t)-γ(s)t(t)
17、式中γ(s)是一个仅与位置s有关的函数，t(t)代表具有固定幅度的时间相关振荡信号，定义为其中，ξ为可沿虚轴对角化、具有保证t(t)保持恒定幅度振荡的特征值的矩阵，定义柔性鱼尾在s＝l处参考信号rd(s,t)＝γlt(t)，其中，γl为γ(s)在s＝l处的值，令γ(s)满足以下等式：
18、
19、其中γ(0)为γ(s)在s＝0处的值，γ″(l)、γ″′(l)分别为γ(s)在位置s＝l关于位置s的二阶偏导、三阶位置偏导；
20、则得到误差模型如下：
21、
22、其中，分别是h(s,t)关于时间t的一阶偏导和二阶偏导,h″(s,t)为h(s,t)关于位置s的二阶偏导，[ei(s)h″(s,t)]″为[ei(s)h″(s,t)]关于位置s的二阶偏导，h(0,t)表示柔性鱼尾在位置s＝0处、时刻t时的追踪误差大小，h″(l,t)、h″′(l,t)分别表示鱼尾在位置s＝l、时刻t时追踪误差的二阶位置偏导、三阶位置偏导，h″(0,t)为h(0,t)在位置s＝0处、时刻t时的二阶位置偏导；
23、同时，考虑到输出限制，定义追踪误差|ε|＝|r(l,t)-rd(l,t)|，并且ε需满足|ε|＜ka，其中输出限制ka是一个正常数。从上述跟踪误差模型可以得到，已将振动信号跟踪问题转化为误差信号的收敛问题。
24、进一步地，通常控制信号由控制系统通过网络发送。然而，网络通信资源是有限的。事件触发控制的优势就在于可以有效利用这些资源，同时保证控制的稳定性，并分配剩余资源来处理其他任务。所述步骤s3中考虑一种基于固定阈值触发的时间触发方案，定义递增的时间序列{t0,t1,...,ti}代表对控制器采样的事件时刻，t0表示初始采样时刻，t1表示下一个采样时刻，依次递增到第i个采样时刻ti，当在时间ti满足触发条件时，控制律将被更新并在时间ti到ti+1内保持恒定值，定义自适应事件触发控制输入u(t)如下：
25、
26、其中，v(ti)是连续控制律，控制输入u(t)将在[ti,ti+1)内保持不变并等于v(ti)，定义控制输入u(t)与连续控制律v(ti)之间的误差定义固定阈值策略制定事件触发条件其中，t(0)＝0，p代表固定触发阈值，是已知的正常数，假设存在连续时变函数使得成立，其中满足以下条件：
27、
28、基于所述误差模型，事件触发方案，构造lyapunov函数为：
29、
30、其本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法，其特征在于，所述仿生鱼尾事件触发限制控制方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法，其特征在于，所述步骤S1中柔性仿生鱼尾的动态特性包括柔性鱼尾的动能、势能以及非保守力对鱼尾所做的虚功，将动能、势能和虚功代入哈密顿原理，并考虑未知边界扰动，得到柔性仿生鱼尾的动力学模型为：
3.根据权利要求2所述的一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法，其特征在于，所述步骤S2中柔性仿生鱼尾需要跟踪参考信号进行摆动，由于柔性鱼尾的振动偏移量r(s,t)是一个由位置变量s和时间变量t耦合的二维函数，故考虑利用变量分离的辅助函数Γ(s)T(t)，构造辅助系统，定义追踪误差h(s,t)如下：
4.根据权利要求3所述的一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法，其特征在于，所述步骤S3中考虑一种基于固定阈值触发的时间触发方案，定义递增的时间序列{t0,t1,...,ti}代表对控制器采样的事件时刻，t0表示初始采样时刻，t1表示下一个采样时刻，依次递增到第i个
5.根据权利要求4所述的一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法，其特征在于，所述步骤S4中基于所述Lyapunov函数，构造自适应边界控制器的过程如下：
6.根据权利要求5所述的一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法，其特征在于，所述通过对具有未知边界扰动的柔性仿生鱼尾实现事件触发限制控制之后，还包括验证具有未知边界扰动的柔性仿生鱼尾在自适应事件触发限制控制作用下的稳定性步骤，过程如下：
7.根据权利要求6所述的一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法，其特征在于，所述步骤S5中基于所述自适应边界控制器，通过对具有未知边界扰动的柔性仿生鱼尾实现事件触发限制控制的过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法，其特征在于，所述仿生鱼尾事件触发限制控制方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法，其特征在于，所述步骤s1中柔性仿生鱼尾的动态特性包括柔性鱼尾的动能、势能以及非保守力对鱼尾所做的虚功，将动能、势能和虚功代入哈密顿原理，并考虑未知边界扰动，得到柔性仿生鱼尾的动力学模型为：
3.根据权利要求2所述的一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法，其特征在于，所述步骤s2中柔性仿生鱼尾需要跟踪参考信号进行摆动，由于柔性鱼尾的振动偏移量r(s,t)是一个由位置变量s和时间变量t耦合的二维函数，故考虑利用变量分离的辅助函数γ(s)t(t)，构造辅助系统，定义追踪误差h(s,t)如下：
4.根据权利要求3所述的一种具有未知扰动的仿生鱼尾事件触发限制控制方法，其特征在于，所述步骤s3中考虑一种基于固定阈值触发的时间触发方案，定义递增的时间序列{t0...
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