一種非線性系統的狀態約束控制方法技術方案

一種非線性系統的狀態約束控制方法，本發明專利技術涉及一種控制方法，具體涉及一種非線性系統的狀態約束系統的控制方法。本發明專利技術是要解決現有控制器需要人工的干預，并且不能提供任何的成功保證，非線性系統導致傳統的方法很難應用及非線性系統時優化算法的效率低的問題，而提供了一種非線性系統的狀態約束系統的控制器設計方法。步驟一、建立非線性嚴格反饋系統的數學模型；步驟二、設計全狀態約束反步遞推控制器；步驟三、驗證全狀態約束可行性條件檢測。本發明專利技術應用于自動控制領域。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】，本專利技術涉及一種控制方法，具體涉及一種非線性系統的狀態約束系統的控制方法。本專利技術是要解決現有控制器需要人工的干預，并且不能提供任何的成功保證，非線性系統導致傳統的方法很難應用及非線性系統時優化算法的效率低的問題，而提供了一種非線性系統的狀態約束系統的控制器設計方法。步驟一、建立非線性嚴格反饋系統的數學模型；步驟二、設計全狀態約束反步遞推控制器；步驟三、驗證全狀態約束可行性條件檢測。本專利技術應用于自動控制領域。【專利說明】
本專利技術涉及一種控制方法，具體涉及一種非線性系統的狀態約束系統的控制方法。
技術介紹
約束在物理系統中是無處不在的，它可能以停機、飽和以及性能和安全規范等形式存在。在系統運行期間違反約束條件可能會導致系統性能的下降，嚴重情況下會危害或者損壞系統。受到實際的需求和理論上的挑戰，約束系統的控制器設計在近幾十年來已經成為一個熱點問題。受到上述問題的啟發，本專利技術試著對嚴格反饋形式的非線性系統使用界限Lyapunov函數(BLF)的方法來設計控制器。不像傳統的全局正定和徑向無界的Lyapunov函數(QLF)，BLF會在它的參數接近一定的限定值時趨于無限。通過確保BLF沿系統軌線的有界性，從而防止了違背約束條件，這就體現了本專利技術控制器設計方法的重要基礎。傳統方法在處理非線性非線性系統的狀態約束控制器設計時，可能會存在一定保守性。現有狀態約束控制技術的不足之處主要有以下幾點:一、在某些情況下，在控制器設計的過程中可能忽略約束條件，但是通過機械的設計、改變操作條件，或者是專門的工程修復設計以達到繞過約束問題。盡管這樣的解決方案是針對具體問題的，但是它需要人工的干預，并且不能提供任何的成功保證；二、線性系統理論，擁有豐富的分析工具，尤其是反饋控制理論給它奠定了重要的基礎。通過被控對象是線性系統，那么這些工具可以很容易的用來設計控制器。然而，即使無約束的系統是線性的，存在約束的閉環系統很自然的呈現出非線性特性，導致傳統的方法很難應用；三、另一種研究方法是在優化的框架下考慮約束問題。模型預測控制(MPC)，所關心的在線解決有限時域開環最優控制問題，使它們服從系統的動態和約束條件，對線性系統和非線性系統都可以處理。而線性的MPC (基于線性模型的動態系統)是很容易被建立的，當擴展到非線性系統上時遇到了理論和計算上的挑戰。許多理論所關注的重點優化算法的效率，使它們可以在線的執行，當考慮到復雜的或者高階的非線性動態時，這可能是一項非常艱巨的任務。
技術實現思路
本專利技術是要解決現有控制器需要人工的干預，并且不能提供任何的成功保證，非線性系統導致傳統的方法很難應用及非線性系統時優化算法的效率低的問題，而提供了一種非線性系統的狀態約束系統的控制器設計方法。按以下步驟實現:步驟一、建立非線性嚴格反饋系統的數學模型；步驟二、設計全狀態約束反步遞推控制器；步驟三、驗證全狀態約束可行性條件檢測。專利技術效果:本專利技術使用界限Lyapunov函數來探討非線性約束系統的控制器的綜合問題。在這個背景下使用時，本專利技術定義他們的名字叫做界限Lyapunov函數，它的特點是當函數的參數接近某一個限定值時，函數的值將趨于無窮大。本專利技術所關心的關鍵問題是確保閉環系統的界限Lyapunov函數的有界性，同時保證不超過約束的界限。本專利技術提出的界限Lyapunov函數的方法，能夠處理非線性嚴格反饋形式下的系統受到全狀態約束時，通過已知的控制增益函數，在每一步的反步遞推控制器的設計中，都采用BLF約束的方法。從狀態軌線的漸進跟蹤結果表明，沒有違背約束條件，從而實現了所有的閉環信號都是有界的，這樣就限制了約束狀態。達到了預期的設計目的。【專利附圖】【附圖說明】圖1是本專利技術流程圖；圖2是BLF函數的示意圖。【具體實施方式】【具體實施方式】一:本實施方式的一種非線性系統的狀態約束控制器設計方法按以下步驟實現:步驟一、建立非線性嚴格反饋系統的數學模型；步驟二、推導全狀態約束反步遞推控制器； 步驟三、驗證全狀態約束可行性條件檢測。本實施方式效果:本實施方式使用界限Lyapunov函數來探討非線性約束系統的控制器的綜合問題。在這個背景下使用時，本實施方式定義他們的名字叫做界限Lyapunov函數，它的特點是當函數的參數接近某一個限定值時，函數的值將趨于無窮大。本實施方式所關心的關鍵問題是確保閉環系統的界限Lyapunov函數的有界性，同時保證不超過約束的界限。本實施方式提出的界限Lyapunov函數的方法，能夠處理非線性嚴格反饋形式下的系統受到全狀態約束時，通過已知的控制增益函數，在每一步的反步遞推控制器的設計中，都采用BLF約束的方法。從狀態軌線的漸進跟蹤結果表明，沒有違背約束條件，從而實現了所有的閉環信號都是有界的，這樣就限制了約束狀態。達到了預期的設計目的。【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中所述建立非線性嚴格反饋系統的數學模型具體為:考慮如下的嚴格反饋非線性系統的形式:xi=fi(i) + gi(xi)xi+1,i = l 2 ，《 —Ixn= fn(Xn)+ gn(xn)u其中Xl，χ2,…，χη 是系統的狀態，X1 =Τ g R1，fi7 gi 是光滑函數，u e R是系統的輸入，i=l，2，…，η。對于全狀態約束的情況，每一個狀態Xi要求滿足IA 1<\，其kCi是正常數，i=l, 2，…，η。控制目標是跟蹤系統的期望軌線Xd由于受到物理條件的限制或者是性能的要求，要確保閉環系統的信號時有界的，同時不違背狀態約束。為了便于符號表示，把期望軌線的導數用一個列向量來表示。接下來，從式(I)中，對期望軌線Xd(t)和控制增益函數gi(.)，i=l, 2，…，η做出如下假設:假設1:對于任意> O，存在正常數Atl, Y1, Y2,…，Yn使得期望軌線和它對所有時間VrO 的導數滿足【權利要求】1.，其特征在于非線性系統的狀態約束控制方法按以下步驟實現: 步驟一、建立非線性嚴格反饋系統的數學模型； 步驟二、設計全狀態約束反步遞推控制器； 步驟三、驗證全狀態約束可行性條件檢測，即完成了非線性系統的狀態約束控制方法。2.根據權利要求1所述的，其特征在于步驟一中所述建立非線性嚴格反饋系統的數學模型具體為: 考慮如下的嚴格反饋非線性系統的形式: 3.根據權利要求1所述的，其特征在于步驟二中所述設計全狀態約束反步遞推控制器包括以下四個部分: (一)定義誤差項ei=Xl-Xd，e2=X2-a i，其中a:是要設計的虛擬控制輸入，為了設計一個控制器使得X1不逃離區間I l< K1，在第一步反步遞推時選擇對稱的BLF備選函數: 4.根據權利要求1所述的，其特征在于步驟三中所述的驗證全狀態約束可行性條件檢測具體如下: 檢驗解ζ = Uq，…，kn_ukb2，…，kh f ,的存在性，轉化為下列優化問題: 在 【文檔編號】G05B13/04GK103454922SQ201310406676【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月9日 優先權日:2013年9月9日 【專利技術者】潘惠惠, 高會軍, 孫維超, 徐寧召 申請人:哈爾濱工業大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種非線性系統的狀態約束控制方法，其特征在于非線性系統的狀態約束控制方法按以下步驟實現：步驟一、建立非線性嚴格反饋系統的數學模型；步驟二、設計全狀態約束反步遞推控制器；步驟三、驗證全狀態約束可行性條件檢測，即完成了非線性系統的狀態約束控制方法。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：潘惠惠，高會軍，孫維超，徐寧召，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：