專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于干擾觀測(cè)器的指令濾波反步控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于干擾觀測(cè)器的指令濾波反步控制方法，該方法是一種非線性系統(tǒng)抗干擾控制方法，可用于飛行器、機(jī)械臂、生化過(guò)程、船舶等系統(tǒng)的抗干擾控制。
背景技術(shù)：
反步法是20世紀(jì)90年代興起的一種系統(tǒng)的非線性控制方法，“反步”反映出了設(shè)計(jì)步驟的遞歸特性。其基本設(shè)計(jì)思想是將復(fù)雜的高階非線性系統(tǒng)劃分為多個(gè)低階子系統(tǒng)，從最遠(yuǎn)離系統(tǒng)控制輸入的子系統(tǒng)開(kāi)始，通過(guò)構(gòu)造部分Lyapunov函數(shù)得到保證子系統(tǒng)穩(wěn)定的虛擬控制量，并逐步后退到控制輸入，從而得到最終的控制器，在此過(guò)程中全系統(tǒng)的Lyapunov函數(shù)也相繼被構(gòu)造出來(lái)。反步法在控制器設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)在于能夠通過(guò)多種方法靈活處理不同的非線性特性，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的全局調(diào)節(jié)或漸近跟蹤，使系統(tǒng)達(dá)到期望的性能指標(biāo)。針對(duì)反步法存在當(dāng)系統(tǒng)階次較高時(shí)計(jì)算虛擬控制量的偏導(dǎo)數(shù)會(huì)出現(xiàn)微分爆炸的缺點(diǎn)，研究人員進(jìn)一步提出了指令濾波反步控制方法。通過(guò)低通濾波器產(chǎn)生指令信號(hào)及其導(dǎo)數(shù)，消除了對(duì)虛擬控制信號(hào)求偏導(dǎo)數(shù)而帶來(lái)復(fù)雜的解析計(jì)算；進(jìn)一步加入虛擬控制信號(hào)的各種物理約束(如，幅值、速率和帶寬限制等)滿(mǎn)足實(shí)際系統(tǒng)對(duì)控制的需求。此外，指令濾波反步法的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是消除了反步法要求非線性系統(tǒng)必須滿(mǎn)足下三角形構(gòu)型的限制。實(shí)際環(huán)境中由于測(cè)量手段、器部件精度、外部環(huán)境等因素的限制無(wú)法得到系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)各種干擾及噪聲廣泛地存在于系統(tǒng)的控制和量測(cè)過(guò)程中。復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)際系統(tǒng)一般可以描述為一類(lèi)包含有參數(shù)不確定、未建模動(dòng)態(tài)和外部干擾等多源干擾的非線性數(shù)學(xué)模型。指令濾波反步控制方法是基于模型的控制方法，需要系統(tǒng)模型精確已知；由于實(shí)際系統(tǒng)中存在多源干擾，致使指令濾波反步控制方法的控制效果變差，甚至無(wú)法保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有的基于干擾觀測(cè)器的反饋控制方法通過(guò)在反饋控制律上減去干擾估計(jì)值實(shí)現(xiàn)，因此其缺點(diǎn)在于只能補(bǔ)償與控制輸入相同通道的等價(jià)干擾，即干擾與控制輸入匹配的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)含有多源干擾的非線性系統(tǒng)的控制問(wèn)題，克服現(xiàn)有方法的不足，提供一種基于干擾觀測(cè)器的指令濾波反步控制方法，補(bǔ)償系統(tǒng)中多源干擾的等價(jià)干擾，保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的控制精度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:一種基于干擾觀測(cè)器的指令濾波反步控制方法，其特征在于包括以下步驟:步驟1:建立多源干擾系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型根據(jù)指令濾波反步法遞歸設(shè)計(jì)和干擾觀測(cè)器整體設(shè)計(jì)兩種不同的設(shè)計(jì)需求，將多源干擾系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型表示為兩種不同的數(shù)學(xué)描述形式；第一種是子 系統(tǒng)描述形式，如下式所示:
權(quán)利要求
1.一種基于干擾觀測(cè)器的指令濾波反步控制方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1:建立多源干擾系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型 根據(jù)指令濾波反步法遞歸設(shè)計(jì)和干擾觀測(cè)器整體設(shè)計(jì)兩種不同的設(shè)計(jì)需求，將多源干擾系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型表示為兩種不同的數(shù)學(xué)描述形式； 第一種是子系統(tǒng)描述形式，如下式所示:
全文摘要
一種基于干擾觀測(cè)器的指令濾波反步控制方法，針對(duì)多源干擾非線性系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一種抗干擾非線性控制器。本發(fā)明包括以下步驟首先，建立多源干擾系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型；其次，設(shè)計(jì)非線性干擾觀測(cè)器估計(jì)系統(tǒng)中的等價(jià)干擾；再次，將由非線性干擾觀測(cè)器得到的等價(jià)干擾估計(jì)值代入指令濾波反步控制器中，構(gòu)造抗干擾指令濾波反步控制器；最后，通過(guò)極點(diǎn)配置方法設(shè)計(jì)保證閉環(huán)復(fù)合誤差系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的指令濾波反步控制器增益和非線性干擾觀測(cè)器增益。本發(fā)明所述的控制方法抗干擾能力強(qiáng)，可用于飛行器、機(jī)械臂、生化過(guò)程和船舶等系統(tǒng)的抗干擾控制。
文檔編號(hào)G05B13/04GK103217902SQ20131008116
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者郭雷, 盧昊, 王娜, 喬建忠, 羅建軍 申請(qǐng)人:郭雷