【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及周期分段線性電路系統數據驅動狀態反饋控制方法及裝置，屬于自動控制領域。
技術介紹
1、數據驅動控制的起源可以追溯到ziegler和nichols的開創性工作，以及神經網絡的開創性工作。現如今，數據驅動控制吸引了越來越多的研究人員，研究范圍也從pid控制拓展到模型參考控制、輸出跟蹤、模型預測和最優控制等。這里面其中一些方法只使用一批數據進行離線的控制器設計，還有些方法是迭代控制的，需要多個在線實驗。
2、數據驅動控制中的一個核心問題是如何利用數據替換過程模型。對于線性系統，willems在2005年提出線性系統生成的軌跡集可以由有限的軌跡集表示，只要這些軌跡集具有足夠激發的動力學特征。簡單來說，在一定的條件下，線性系統的動力學可以由有限的輸入輸出數據進行表示。受此啟發，研究人員發表了很多成果。例如現有技術中的數據驅動模型預測機架冷卻系統控制方法，其建立基于機架的微小型數據中心的線性時不變系統模型，并采用基于數據驅動的控制方法建立優化控制方法，最終實現溫度保持在參考值附近，有著較好的控制效果。又例如公現有技術中的數據驅動的軌道交通列車速度預測控制方法，其建立基于軌道交通列車的線性時不變系統模型，并采用基于數據驅動的模型預測的控制方法建立優化控制，最終實現列車速度的跟蹤，有著較好的控制效果。但由于被控模型為線性時不變系統，當實際被控系統存在多個子區間，且可能存在切換時，該方法將不再適用。
技術實現思路
1、本專利技術提供周期分段線性電路系統數據驅動狀態反饋控制方
2、本專利技術的技術方案涉及周期分段線性電路系統數據驅動狀態反饋控制方法，根據本專利技術的方法包括以下步驟：
3、s100、構建電路系統的周期分段線性的閉環系統模型，獲取周期分段線性系統的基本信息；
4、s200、在每個子區間上進行輸入輸出實驗，以獲得滿足響應秩條件的輸入輸出數據；根據具有足夠激勵的輸入輸出數據，描述子區間上線性系統的系統動態，以得到輸入輸出數據表示的系統的閉環特性；
5、s300、構建閉環周期分段線性系統的李雅普諾夫函數，對李雅普諾夫函數采用舒爾補等價構造線性矩陣不等式的穩定性條件；將獲得的所述輸入輸出數據代入到穩定性條件中求解出控制器的增益矩陣；
6、s400、將所述反饋控制器的所述增益矩陣代回到所述閉環系統模型中，使狀態變量收斂到平衡點。
7、進一步，所述步驟s100包括：
8、s110、將電路系統表示為周期分段線性系統形式；
9、s120、獲取周期分段線性系統的基本信息；其中，所述基本信息包括子區間的個數z，每個子區間的長度li，狀態變量的個數nx，輸入變量的個數mu；
10、s130、根據子區間的長度，選擇性地將部分每個子區間重新分割；
11、s140、構建狀態反饋控制器；其中，每個子區間均有單獨控制器增益矩陣；
12、s150、將所述狀態反饋控制器代入到原來的所述電路系統以構成閉環系統。
13、進一步，對于所述步驟s100，
14、其中，將系統的基本周期被劃分為z個子區間，取i＝1,2,...,z，則在每個周期的第i個子區間上，采用周期分段線性系統形式的所述電路系統動態描述為：
15、x(t+1)＝aix(t)+biu(t)
16、式中，t表示時間，分別表示周期分段線性系統的nx維狀態向量和mu維控制輸入向量，其中，表示的是n維實列向量空間，n可以替換成任意的正整數，接下來出現的這個符號均表示以上含義。i＝1,2,…,z表示的是系統正處于第i個子區間，子區間的個數z，狀態變量的個數nx，輸入變量的個數分別代表第i個子區間的系統矩陣以及輸入矩陣，其中，表示的是n×m維實矩陣空間，n，m可以替換成任意的正整數，接下來出現的這個符號均表示以上含義；
17、其中，所述狀態反饋控制器表示如下：
18、u(t)＝kix(t),t∈ti
19、式中，表示的是第i個子區間中的狀態反饋控制器的增益矩陣，t∈ti表示系統正處于第i個子區間中；
20、其中，將所述狀態反饋器代入到原有的所述電路系統中構成的閉環系統表示如下：
21、x(t+1)＝(ai+biki)x(t)。
22、進一步，所述步驟s200中，
23、測量獲得的xi,0，ui,0滿足以下秩條件：
24、
25、其中，
26、xi,0＝[x(0)x(1)…x(ti-1)]，
27、ui,0＝[u(0)u(1)…u(ti-1)]
28、式中，xi,0,ui,0分別表示的是第i個子區間獲取的輸入輸出數據組成的向量，x(0)～x(ti-1),u(0)～u(ti-1)表示的是每個時刻的輸入輸出數據，ti表示的是在一次實驗中獲取實驗數據的長度。
29、進一步，所述步驟s200中，
30、在滿足所述秩條件的情況下，存在作為等式約束的矩陣滿足：
31、
32、可得周期分段線性系統的閉環特性表示如下：
33、
34、其中，
35、xi,0＝[x(0)x(1)…x(ti-1)]，
36、xi,1＝[x(1)x(2)…x(ti)]，
37、ui,0＝[u(0)u(1)…u(ti-1)]，
38、式中，xi,1表示在第i個子區間在輸入數據為ui,0的情況下的輸出數據；表示的是nx維單位矩陣。
39、進一步，所述步驟s300包括：
40、s310、構建閉環周期分段線性系統的李雅普諾夫函數，得到基礎的穩定性條件；
41、s320、對步驟s310中的穩定性條件采用舒爾補等價，將穩定性條件化為線性矩陣不等式的形式；
42、s330、將獲得數據代入步驟s320給出的不等式和等式條件，獲得狀態反饋控制器的增益矩陣。
43、進一步，所述步驟s310中，
44、對于拓展之后的第i個子區間，i＝1,2,…,n，存在正定矩陣矩陣常數0<λi<1，則構建基礎的周期分段線性系統的指數穩定性條件表示如下：
45、
46、pi+1≤pi
47、inx＝xi,0gi
48、進而獲得的所述狀態反饋控制器的增益矩陣表示如下：
49、ki＝ui,0gi，
50、式中，上述兩個不等式用于使李雅普諾夫函數的下降以及在切換點的李雅普諾夫函數的不上升，以約束系統動態在子區間切換時的轉變；上述最后的等式的用于根據收集到的輸入輸出數據描述每個子區間的系統的動態。
51、進一步，所述步驟s320中,
52、對于拓展之后的第i個子區間，i＝1,2…n，如果存在正定矩陣矩陣常數0<λi本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.周期分段線性電路系統數據驅動狀態反饋控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S100包括：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，對于所述步驟S100，
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S200中，
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S200中，
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟S300包括：
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S310中，
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟S320中，
9.一種計算機可讀存儲介質，其上儲存有程序指令，所述程序指令被處理器執行時實施如權利要求1至8中任一項所述的方法。
10.周期分段線性電路系統的數據驅動狀態反饋控制系統，其特征在于，包括：計算機裝置，所述計算機裝置包括根據權利要求9所述的計算機可讀存儲介質。
【技術特征摘要】
1.周期分段線性電路系統數據驅動狀態反饋控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟s100包括：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，對于所述步驟s100，
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟s200中，
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟s200中，
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步...
【專利技術屬性】
技術研發人員：謝曉晨，張炎，談卓霖，樓云江，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學深圳哈爾濱工業大學深圳科技創新研究院，
類型：發明
國別省市：
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