[发明专利]一种基于切换原理的非均匀采样系统输出反馈控制方法及控制器

说明书

本发明涉及智能控制算法，具体涉及一种基于切换原理的非均匀采样系统输出反馈控制方法及控制器，在非均匀采样系统中，在一个框架周期内输入信号非均匀刷新，输出信号是均匀采样。本发明采用一种切换系统方法来处理刷新时间不确定性问题，采用非均匀保持器读取数据的频率高于传感器采样频率的策略，将刷新时间间隔看作时延变量，不同时延大小情况下的系统动态变化用不同子系统模型刻画，从而将指数时变项分解为多个定常项，将时延的变化律转化为不同子模型之间的切换律，最终将非均匀采样系统转化为一类含有若干有限个子系统的离散时间切换系统。本发明解决了非均匀采样系统刷新时间间隔不确定和时变的情况下系统控制器的设计难题。

技术领域

本发明涉及智能控制算法，具体涉及一种基于切换原理的非均匀采样系统输出反馈控制方法及控制器。

背景技术

随着现代工业的发展，采用了先进的计算机技术、控制技术、通信技术，在3C融合时代，使得越来越多的系统采用了多种操作频率，称为多率采样数据系统，简称多率系统。随着当代工业生产的发展，还存在一类更为普遍的多采样率系统，即输入信号刷新和(或)输出信号采样呈现不等时间间隔的非均匀采样数据系统。例如在石油、电力、冶金、化工、食品、轻纺等过程工业中，由于设备价格昂贵或者缺乏在线检测，可靠性差，维护困难等原因，某些反映产品质量水平的关键变量和参数(如产品成分、浓度、Kappa值、熔融指数等)，这些关键变量参数只能通过人工采样，实验室化验分析来获取数据，因此采样周期较长且采样时间间隔不规则。在网络控制系统中，为了克服冗余数据对系统性能的负面影响，传感器一般采用时间驱动的工作方式，采样时间间隔是均匀变化的，而执行器一般采用事件驱动的工作方式，其采样时间间隔是随机的，不确定的。同时，受到传输距离、网络承载能力和通讯带宽的限制，数据在传输过程中不可避免存在时延、丢包、乱序等现象，使得实际采样频率呈现非均匀性。

上述非均匀周期采样数据系统一般还具有以下特点：测量数据在不同采样时刻、不同采样频率得到的；控制输入信号和输出信号在时序上呈现非均匀、非同步，刷新时间和采样间隔不确定的特征；由于某种资源受限(可以是通信网络带宽限制，智能仪器仪表测量限制，人工检测时间限制，计算能力限制等等原因引起的)，使得输入信号是时延的；因此在非均匀采样系统中如何克服输入信号刷新时间间隔的时变性、不确定性，给系统控制器的设计造成了很大困难。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种基于切换原理的非均匀采样系统输出反馈控制方法及控制器。

在非均匀采样系统中，在一个框架周期内输入信号非均匀刷新，输出信号是均匀采样，这其中输入信号刷新时间间隔往往是时变的、不确定的。为此，本发明提出一种切换系统方法来处理刷新时间不确定性问题，采用非均匀保持器读取数据的频率高于传感器采样频率的策略，将刷新时间间隔看作时延变量，不同时延大小情况下的系统动态变化用不同子系统模型刻画，从而将指数时变项分解为多个定常项，将时延的变化律转化为不同子模型之间的切换律，最终将非均匀采样系统转化为一类含有若干有限个子系统的离散时间切换系统。在此基础上，利用切换原理保证输出反馈控制器能够使非均匀采样系统指数稳定。

本发明的技术方案：一种基于切换原理的非均匀采样系统输出反馈控制方法，包括以下步骤：

步骤1，设定非均匀采样系统动态过程模型，S_c是一个被控对象，其在kT+t_ik时刻收到计算机产生的离散输入信号u(kT+t_ik),i＝1,2,...,p，经过零阶保持器H_Γ生成一个连续信号u(t)作为被控对象S_c的输入，输出量y(t)以周期T均匀采样，即在[kT,kT+T)内，y(t)＝y(kT)；