一種自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制器結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及非線性系統(tǒng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制器結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 針對(duì)非線性系統(tǒng)的控制問題，美國學(xué)者Swaroop等人提出了動(dòng)態(tài)面控制（Dynamic SurfaceC〇ntr〇l，DSC)方法，該方法能夠適用于一大類非線性系統(tǒng)，且具有設(shè)計(jì)過程清晰， 控制器結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的研宄與應(yīng)用。
[0003] 中國學(xué)者王丹等人提出一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制方法，解決了一類含高度 不確定性的單輸入單輸出非線性系統(tǒng)控制問題；美國學(xué)者Song等人提出一種基于觀測(cè)器 的動(dòng)態(tài)面自適應(yīng)控制方法，實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)器與控制器的獨(dú)立設(shè)計(jì)，適用于被控系統(tǒng)狀態(tài)不完 全可測(cè)的情形下；韓國學(xué)者Yoo等人將自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面技術(shù)拓展到一類含有狀態(tài)時(shí)滯的非線 性系統(tǒng)中；中國學(xué)者佟紹成等人將動(dòng)態(tài)面與模糊控制技術(shù)相結(jié)合，提出一種針對(duì)一類多輸 入多輸出非線性系統(tǒng)的模糊自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制方法；中國學(xué)者陳為勝等人提出一種基于逼 近技術(shù)的動(dòng)態(tài)面控制方法，能夠解決一類含有周期性時(shí)變干擾的非線性系統(tǒng)控制問題。此 外，動(dòng)態(tài)面控制技術(shù)被廣泛地用于各類實(shí)際系統(tǒng)中，如船舶系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)和 飛行器系統(tǒng)等等。
[0004] 然而，當(dāng)被控系統(tǒng)中存在較大的不確定性時(shí)，現(xiàn)有的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面技術(shù)方案往往 需要通過選取較大的自適應(yīng)控制參數(shù)以減小跟蹤誤差。但在暫態(tài)過渡過程中，尤其是當(dāng)跟 蹤誤差較大時(shí)，自適應(yīng)控制參數(shù)過大會(huì)引起控制信號(hào)的超調(diào)和高頻振蕩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致執(zhí) 行器飽和或激發(fā)未建模動(dòng)態(tài)，進(jìn)而影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。上述無法保證控制系統(tǒng)暫態(tài)性 能的缺陷，嚴(yán)重制約了自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制方法的發(fā)展與應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制器結(jié)構(gòu)及 設(shè)計(jì)方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控系統(tǒng)不確定性的快速自適應(yīng)，避免產(chǎn)生較大的初始控制輸入信 號(hào)，在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的同時(shí)能夠保證控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制器結(jié)構(gòu)，由n 級(jí)子控制器組成，第1級(jí)子控制器的輸入端與外部參考信號(hào)5^相連，并與測(cè)量機(jī)構(gòu)的輸出 端相連，第1級(jí)子控制器的輸出端a2與第2級(jí)子控制器的輸入端相連；依此類推，第i 級(jí)子控制器的輸入端與第i_l級(jí)子控制器的輸入端a,相連，并與測(cè)量機(jī)構(gòu)的輸出端心巧+1 相連，第i級(jí)子控制器的輸出端a,與第i+1級(jí)子控制器的輸入端相連；最后，第n級(jí)子控 制器的輸入端與第n-1級(jí)子控制器的輸出端an相連，并與測(cè)量機(jī)構(gòu)的輸出端x"，I"相連，第 n級(jí)子控制器的輸出端u與被控系統(tǒng)的輸入端相連；
[0007] 所述的第1級(jí)子控制器由濾波器單元、比較器單元、誤差反饋單元、線性控制單 元、逼近器單元和求和器單元構(gòu)成；濾波器單元的輸入端與外部參考信號(hào)h相連，還與誤差 反饋單元的輸出端相連；濾波器單元的一個(gè)輸出端與求和器單元的輸入端相連，另一輸出 端與比較器單元的輸入端相連；比較器單元的另一輸入端與測(cè)量機(jī)構(gòu)的輸出端相連，比較 器單元的輸出端分別與線性控制單元、誤差反饋單元和逼近器單元的輸入端相連；線性控 制單元的輸出端與求和器單元的輸入端相連；逼近器單元的輸入端還與被控系統(tǒng)中測(cè)量機(jī) 構(gòu)的輸出端相連，逼近器單元的輸出端與求和器單元的輸入端相連，求和器單元的輸出端 為第1級(jí)子控制器的輸出端；
[0008] 所述的第i級(jí)子控制器由濾波器單元、比較器單元、誤差反饋單元、線性控制單 元、逼近器單元和求和器單元構(gòu)成，濾波器單元的輸入端與第i_l級(jí)子控制器的輸出信號(hào) 相連，還與誤差反饋單元的輸出端相連；濾波器單元的一個(gè)輸出端與求和器單元的輸入端 相連，另一輸出端與比較器單元的輸入端相連；比較器單元的另一輸入端與測(cè)量機(jī)構(gòu)的輸 出端相連，比較器單元的輸出端分別與線性控制單元、誤差反饋單元和逼近器單元的輸入 端相連；線性控制單元的輸出端與求和器單元的輸入端相連；逼近器單元的輸入端還與測(cè) 量機(jī)構(gòu)的輸出端相連，逼近器單元的輸出端與求和器單元的輸入端相連，求和器單元的輸 出端為第i級(jí)子控制器的輸出端；
[0009] 所述的第n級(jí)子控制器由濾波器單元、誤差反饋單元、比較器單元、線性控制單 元、逼近器單元和求和器單元構(gòu)成，濾波器單元的輸入端與第n-1級(jí)子控制器的輸出信號(hào) 相連，還與誤差反饋單元的輸出端相連；濾波器單元的一個(gè)輸出端與求和器單元的輸入端 相連，另一輸出端與比較器單元的輸入端相連；比較器單元的另一輸入端與測(cè)量機(jī)構(gòu)的輸 出端相連，比較器單元的輸出端分別與線性控制單元、誤差反饋單元和逼近器單元的輸入 端相連；線性控制單元的輸出端與求和器單元的輸入端相連；逼近器單元的輸入端還與測(cè) 量機(jī)構(gòu)的輸出端相連，逼近器單元的輸出端與求和器單元的輸入端相連，求和器單元的輸 出端為第n級(jí)子控制器的輸出端，與被控系統(tǒng)的輸入端相連；
[0010] 所述的被控系統(tǒng)由下列n階不確定非線性系統(tǒng)形式來描述：
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制器結(jié)構(gòu)，由η級(jí)子控制器組成，其特征在于：第1級(jí)子控制器 的輸入端與外部參考信號(hào)^相連，并與測(cè)量機(jī)構(gòu)的輸出端X 1,^相連，第1級(jí)子控制器的輸 出端α 2與第2級(jí)子控制器的輸入端相連；依此類推，第i級(jí)子控制器的輸入端與第i-Ι級(jí) 子控制器的輸入端a i相連，并與測(cè)量機(jī)構(gòu)的輸出端χ,·4+1相連，第i級(jí)子控制器的輸出端 a i與第i+Ι級(jí)子控制器的輸入端相連；最后，第η級(jí)子控制器的輸入端與第n-1級(jí)子控制 器的輸出端αη相連，并與測(cè)量機(jī)構(gòu)的輸出端LA相連，第η級(jí)子控制器的輸出端u與被控 系統(tǒng)的輸入端相連； 所述的第1級(jí)子控制器由濾波器單元、比較器單元、誤差反饋單元、線性控制單元、逼 近器單元和求和器單元構(gòu)成；濾波器單元的輸入端與外部參考信號(hào)h相連，還與誤差反饋 單元的輸出端相連；濾波器單元的一個(gè)輸出端與求和器單元的輸入端相連，另一輸出端與 比較器單元的輸入端相連；比較器單元的另一輸入端與測(cè)量機(jī)構(gòu)的輸出端相連，比較器單 元的輸出端分別與線性控制單元、誤差反饋單元和逼近器單元的輸入端相連；線性控制單 元的輸出端與求和器單元的輸入端相連；逼近器單元的輸入端還與被控系統(tǒng)中測(cè)量機(jī)構(gòu)的 輸出端相連，逼近器單元的輸出端與求和器單元的輸入端相連，求和器單元的輸出端為第1 級(jí)子控制器的輸出端； 所述的第i級(jí)子控制器由濾波器單元、比較器單元、誤差反饋單元、線性控制單元、逼 近器單元和求和器單元構(gòu)成，濾波器單元的輸入端與第i-Ι級(jí)子控制器的輸出信號(hào)相連， 還與誤差反饋單元的輸出端相連；濾波器單元的一個(gè)輸出端與求和器單元的輸入端相連， 另一輸出端與比較器單元的輸入端相連；比較器單元的另一輸入端與測(cè)量機(jī)構(gòu)的輸出端相 連，比較器單元的輸出端分別與線性控制單元、誤差反饋單元和逼近器單元的輸入端相連； 線性控制單元的輸出端與求和器單元的輸入端相連；逼近器單元的輸入端還與測(cè)量機(jī)構(gòu)的 輸出端相連，逼近器單元的輸出端與求和器單元的輸入端相連，求和器單元的輸出端為第i 級(jí)子控制器的輸出端； 所述的第η級(jí)子控制器由濾波器單元、誤差反饋單元、比較器單元、線性控制單元、逼 近器單元和求和器單元構(gòu)成，濾波器單元的輸入端與第η-I級(jí)子控制器的輸出信號(hào)相連， 還與誤差反饋單元的輸出端相連；濾波器單元的一個(gè)輸出端與求和器單元的輸入端相連， 另一輸出端與比較器單元的輸入端相連；比較器單元的另一輸入端與測(cè)量機(jī)構(gòu)的輸出端相 連，比較器單元的輸出端分別與線性控制單元、誤差反饋單元和逼