CN109739084B - 系统滑模抗干扰模型获取方法、系统、控制器、控制方法 - Google Patents
系统滑模抗干扰模型获取方法、系统、控制器、控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
系统滑模抗干扰模型获取方法、系统、控制器、控制方法,根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态,基于观测器输出,构造滑模面,设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器,针对系统受到不匹配干扰以及数据传输受限情况下,提供了一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制方法,解决了数据传输受限情况下系统的抗干扰控制问题,因此实现了在航天器中利用或者设计事件条件使得系统达到既定的目标。
Description
技术领域
本发明涉及一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制模型获取方法及系统、控制器和控制方法,尤其是系统滑模抗干扰模型获取方法、系统、控制器、控制方法。
背景技术
在现代工业控制系统中,控制器在安装有微处理器来运行实时操作的数字平台上执行控制任务,控制任务包含了对被控对象进行采样、计算及实施控制。传统上,控制任务是基于较为成熟的(香农)采样理论周期性地运行,即以时钟驱动或者时间触发的方式进行的,这种方式要求数据采样、传输和控制同步进行,从系统控制的角度看,一方面并非所有数据都需要传输,例如当采样得到的数据没有明显变化时,就不需要再行数据传输;另一方面,频繁的数据传输势必会造成网络堵塞或者数据泄露等,导致不必要的资源浪费和安全隐患,基于上述原因,事件触发传输机制被提出来了,事件触发控制,有时也被称为基于事件的控制或事件驱动控制,该机制的工作原理是:在传感器和网络传输前端中间安置一个触发器,在触发器中预设某种事件触发机制,对每一个采样数据通过该触发器进行筛选,只有当数据满足该触发机制时,触发器才会被触发,而后将数据通过网络进行传输,否则丢弃该数据,这里所说的事件可以理解为:如果某一时刻,系统的状态发生瞬间变化或者系统的动态(比如切换系统的模态)发生变化,就说在这一时刻系统存在一个事件,如何利用或者设计事件条件使得系统达到既定的目标,具有重要的理论意义和应用价值。
发明内容
本发明的客体是一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制模型获取方法,
本发明的客体是一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制模型获取系统,
本发明的客体是一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制器,
本发明的客体是一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制方法。
为了克服上述技术缺点,本发明的目的是提供一种系统滑模抗干扰模型获取方法、系统、控制器、控制方法,因此实现了在航天器中利用或者设计事件条件使得系统达到既定的目标。
为达到上述目的,本发明采取的技术方案是:
一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制模型获取方法,其步骤是:
根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态,
基于观测器输出,构造滑模面,
设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器。
由于设计了上述步骤,针对系统受到不匹配干扰以及数据传输受限情况下,提供了一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制方法,解决了数据传输受限情况下系统的抗干扰控制问题,因此实现了在航天器中利用或者设计事件条件使得系统达到既定的目标。
本发明设计了,建立在CPU中的运行状态方程组,包含有一下内容:
在本实施例中,步骤100具体包含有一下内容:
根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态:
其中x(t)∈Rn,u(t)∈Rm,y∈Rq,d(t)∈R分别表示系统状态、控制输入、测量输出以及外部干扰。m<q<n.A∈Rn×n,B∈Rn×m,B1∈Rn×1,C∈Rq×n为系统矩阵。外部干扰d(t)满足|d(p)(t)|≤θ,θ为正数,p为正整数。
其中
根据Σ1设计如下的事件驱动扩张状态观测器
在本实施例中,步骤200具体包含有一下内容:
基于观测器输出,构造滑模面:
定义状态变换
z(t)=Tx(t),
其中T为非奇异矩阵。系统Σ可转换为
其中s=[s1 s2 … sm]T,F∈Rm×(q-m),D∈Rm×1为滑模面设计参数。
在本实施例中,步骤300具体包含有一下内容:
设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器:
其中t∈[ti,ti+1),Sign(s(ti))=[sign(s1(ti)) sign(s2(ti)) … sign(sm(ti))]T,k1,k2控制器参数s(ti)当满足驱动条件时被更新。更新时间ti+1定义为
本发明设计了,以下以飞行器系统为例来说明方法的具体实现,其步骤是:
一、根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态:
外部干扰
其中
根据Σ1设计如下的事件驱动扩张状态观测器
其中
二、基于观测器输出,构造滑模面:
定义状态变换
z(t)=Tx(t),
其中T=diag{1,1,1}为非奇异矩阵。系统Σ可转换为
其中
其中s=[s1 s2]T,F=2.3721,D=-1.为滑模面设计参数。
三、设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器:
其中t∈[ti,ti+1),Sign(s(ti))=[sign(s1(ti)) sign(s2(ti))]T,k1,k2选取规则如下
其中
本发明设计了,一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制模型获取系统,包含有以下内容:
根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统、建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态建立单元10,
根据基于观测器输出、构造滑模面建立单元20,根据设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器建立单元30。
本发明设计了,一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制器,包含有以下内容:在控制器中储存有考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈的控制模型,
本发明设计了,考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈的控制模型根据上述考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制模型获取方法获得,
本发明设计了,一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制方法,包含有以下内容:
在CPU中应用考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制器进行控制。
本发明的技术效果在于:针对含有不匹配干扰的线性系统控制问题,设计一种事件驱动的滑模抗干扰控制方法;首先,根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态;然后,基于观测器输出,构造滑模面;最后,设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器;本方法具有抗干扰性强、节约通讯资源等优点,适用于飞行器等控制系统,本发明设计的一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制方法是基于事件驱动扩张状态观测器和基于干扰补偿的滑模面得到的;设计事件驱动扩张状态观测器估计外部干扰以及状态;基于事件驱动扩张状态观测器的输出值,利用滑模控制方法设计了具有干扰补偿能力的事件驱动滑模输出反馈控制器;设计的控制方法对外部干扰具有很强的抗干扰性且节约通讯资源,可以保证系统的稳定工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制模型获取方法的流程图,
图2为本发明的一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制器的结构示意图。
具体实施方式
根据审查指南,对本发明所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语应当理解为不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
下面结合实施例,对本发明进一步描述,以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制模型获取方法,本发明的第一个实施例之一,其步骤是:
步骤100:根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态,
步骤200:基于观测器输出,构造滑模面,
步骤300:设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器。
在本实施例中,步骤100具体包含有一下内容:
根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态:
其中x(t)∈Rn,u(t)∈Rm,y∈Rq,d(t)∈R分别表示系统状态、控制输入、测量输出以及外部干扰。m<q<n.A∈Rn×n,B∈Rn×m,B1∈Rn×1,C∈Rq×n为系统矩阵。外部干扰d(t)满足|d(p)(t)|≤θ,θ为正数,p为正整数。
其中
根据Σ1设计如下的事件驱动扩张状态观测器
在本实施例中,步骤200具体包含有一下内容:
基于观测器输出,构造滑模面:
定义状态变换
z(t)=Tx(t),
其中T为非奇异矩阵。系统Σ可转换为
其中s=[s1 s2 … sm]T,F∈Rm×(q-m),D∈Rm×1为滑模面设计参数。
在本实施例中,步骤300具体包含有一下内容:
设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器:
其中t∈[ti,ti+1),Sign(s(ti))=[sign(s1(ti)) sign(s2(ti)) … sign(sm(ti))]T,k1,k2控制器参数s(ti)当满足驱动条件时被更新。更新时间ti+1定义为
本发明的第一个实施例之二,以下以飞行器系统为例来说明方法的具体实现,其步骤是:
一、根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态:
外部干扰
其中
根据Σ1设计如下的事件驱动扩张状态观测器
其中
二、基于观测器输出,构造滑模面:
定义状态变换
z(t)=Tx(t),
其中T=diag{1,1,1}为非奇异矩阵。系统Σ可转换为
其中
其中s=[s1 s2]T,F=2.3721,D=-1.为滑模面设计参数。
三、设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器:
其中t∈[ti,ti+1),Sign(s(ti))=[sign(s1(ti))sign(s2(ti))]T,k1,k2选取规则如下
其中
一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制模型获取系统,包含有以下内容:
根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统、建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态建立单元10,用于获取干扰估计值和非线性系统的状态,
根据基于观测器输出、构造滑模面建立单元20,用于获得滑模面的值,
根据设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器建立单元30,用于作用到建立的非线性系统。
一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制器,包含有以下内容:在控制器中储存有考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈的控制模型,
在本实施例中,考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈的控制模型根据上述考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制模型获取方法获得,
步骤100:根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态,
步骤200:基于观测器输出,构造滑模面,
步骤300:设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器。
一种考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制方法,包含有以下内容:
在CPU中应用考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制器进行控制。
上述实施例只是本发明所提供的考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制模型获取方法及系统、控制器和控制方法的一种实现形式,根据本发明所提供的方案的其他变形,增加或者减少其中的成份或步骤,或者将本发明用于其他的与本发明接近的技术领域,均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.系统滑模抗干扰模型获取方法,其特征是:其步骤是:
根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态,
基于观测器输出,构造滑模面,
设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器;
根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态:
其中x(t)∈Rn,u(t)∈Rm,y∈Rq,d(t)∈R分别表示系统状态、控制输入、测量输出以及外部干扰,m<q<n,A∈Rn×n,B∈Rn×m,B1∈Rn×1,C∈Rq×n为系统矩阵,外部干扰d(t)满足|d(p)(t)|≤θ,θ为正数,p为正整数,
其中
根据Σ1设计如下的事件驱动扩张状态观测器
基于观测器输出、构造滑模面:
定义状态变换
z(t)=Tx(t),
其中T为非奇异矩阵,系统Σ可转换为
其中s=[s1 s2…sm]T,F∈Rm×(q-m),D∈Rm×1为滑模面设计参数,
设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器:
其中t∈[ti,ti+1),Sign(s(ti))=[sign(s1(ti)) sign(s2(ti))…sign(sm(ti))]T,k1,k2控制器参数,s(ti)当满足驱动条件时被更新,更新时间ti+1定义为
2.根据权利要求1所述的系统滑模抗干扰模型获取方法,其特征是:
其步骤是:
根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态:
外部干扰
其中
根据Σ1设计如下的事件驱动扩张状态观测器
其中
5.系统滑模抗干扰模型获取系统,包含有以下内容:
根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统、建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态建立单元10,
根据基于观测器输出、构造滑模面建立单元20,
根据设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器建立单元30;
根据考虑的带有不匹配干扰的线性系统,建立基于事件驱动的扩张状态观测器估计未知干扰和状态:
其中x(t)∈Rn,u(t)∈Rm,y∈Rq,d(t)∈R分别表示系统状态、控制输入、测量输出以及外部干扰,m<q<n.A∈Rn×n,B∈Rn×m,B1∈Rn×1,C∈Rq×n为系统矩阵,外部干扰d(t)满足|d(p)(t)|≤θ,θ为正数,p为正整数,
其中
根据Σ1设计如下的事件驱动扩张状态观测器
定义状态变换
z(t)=Tx(t),
其中T为非奇异矩阵,系统Σ可转换为
其中s=[s1 s2…sm]T,F∈Rm×(q-m),D∈Rm×1为滑模面设计参数,
设计了基于事件驱动的滑模输出反馈控制器:
其中t∈[ti,ti+1),Sign(s(ti))=[sign(s1(ti)) sign(s2(ti))…sign(sm(ti))]T,k1,k2控制器参数,s(ti)当满足驱动条件时被更新,更新时间ti+1定义为
6.系统滑模抗干扰模型控制器,包含有以下内容:在控制器中储存有考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈的控制模型,
考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈的控制模型根据权利要求1至4任一项所述的获取方法获得。
7.系统滑模抗干扰模型控制方法,包含有以下内容:
应用权利要求6在CPU中应用考虑事件驱动和不匹配干扰的线性系统滑模抗干扰输出反馈控制器进行控制。
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