[发明专利]获取控制系统状态变量的方法及系统

说明书

本发明提出一种获取控制系统状态变量的方法及系统，该方法包括以下步骤：采集控制系统的第一输入量和第一输出量作为输入数据；将输入数据输入到预设的全维状态观测器中，得到全维状态观测器对应的第二输出量；获取第一输出量和第二输出量的输出误差；根据输出误差构建目标函数；获取目标函数的最优解，并根据最优解确定全维状态观测器的反馈矩阵；采集控制系统的第二输入量和第三输入量，并将第二输入量和第三输入量输入到全维状态观测器中，得到控制系统的状态变量。本发明利用目标函数构建全维状态观测器，通过全维状态观测器获取控制系统的所有状态变量，从而可以利用控制系统的状态变量进行状态反馈，进而能够提高控制系统的控制能力。

技术领域

本发明涉及系统控制技术领域，特别涉及一种获取控制系统状态变量的方法及系统。

背景技术

在经典控制理论和现代控制理论中，反馈都是非常重要的控制系统的设计方式。由于经典控制理论是用传递函数来描述的，所以它只能采用输出量作为反馈量。但是在现代控制理论中，由于采用系统内部的状态变量来描述系统的物理特性，因而除了输出反馈外，还经常采用状态反馈。和输出反馈相比，状态反馈能提供更多的校正信息，因而在形成最优控制规律，抑制或消除扰动影响，实现系统解耦控制等方面，状态反馈均获得了广泛的应用。

利用状态进行反馈，必须用传感器来测量状态变量，但并不是所有的状态变量在物理上都可测或者说不易测得，其原因是：(1)实际的传感器的频带是有限的(不能完全跟踪状态)；(2)有时系统的状态不是实际的物理量。这导致不可能实际获得系统的全部状态变量，从而使状态反馈的物理实现成为不可能。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种获取控制系统状态变量的方法，该方法利用目标函数构建全维状态观测器，通过全维状态观测器获取控制系统的所有状态变量，从而可以利用控制系统的状态变量进行状态反馈，进而能够提高控制系统的控制能力。

本发明的另一个目的在于提出一种获取控制系统状态变量的系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种获取控制系统状态变量的方法，包括以下步骤：采集所述控制系统的第一输入量和第一输出量作为输入数据；将所述输入数据输入到预设的全维状态观测器中，得到所述全维状态观测器对应的第二输出量；获取所述第一输出量和所述第二输出量的输出误差；根据所述输出误差构建目标函数；获取所述目标函数的最优解，并根据所述最优解确定所述全维状态观测器的反馈矩阵；采集所述控制系统的第二输入量和第三输入量，并将所述第二输入量和第三输入量输入到所述全维状态观测器中，得到所述控制系统的状态变量。

根据本发明实施例的获取控制系统状态变量的方法，利用目标函数构建全维状态观测器，通过全维状态观测器获取控制系统的所有状态变量，从而可以利用控制系统的状态变量进行状态反馈，有利用控制系统的优化，提高了控制系统的控制能力。

另外，根据本发明上述实施例的获取控制系统状态变量的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述根据所述输出误差构建目标函数，进一步包括：获取所述输出误差的绝对值；根据所述输出误差的绝对值乘时间积分指标得到所述目标函数。

在一些示例中，所述目标函数通过如下公式得到：

其中，f(t)为所述目标函数，y_i(t)为所述第一输出量，为所述第二输出量，t为时间，q表示维数。

在一些示例中，获取所述目标函数的最优解，并根据所述最优解确定所述全维状态观测器的反馈矩阵，进一步包括：根据预设的优化算法对所述目标函数进行优化使所述目标函数达到最小值，以得到所述全维状态观测器的反馈矩阵。