[发明专利]一种基于非线性输出反馈系统的自适应一致性控制方法有效
申请号: | 201810995048.9 | 申请日: | 2018-08-29 |
公开(公告)号: | CN109143859B | 公开(公告)日: | 2021-05-28 |
发明(设计)人: | 任长娥;李桂露;施智平;关永 | 申请(专利权)人: | 首都师范大学 |
主分类号: | G05B13/04 | 分类号: | G05B13/04 |
代理公司: | 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 | 代理人: | 安丽 |
地址: | 100048 北*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 非线性 输出 反馈 系统 自适应 一致性 控制 方法 | ||
本发明涉及一种基于非线性输出反馈系统的自适应一致性控制方法,针对参数未知和控制增益未知的非线性系统,设计一种基于新型Nussbaum增益和backstepping方法的自适应一致性调节控制器;首先,由于系统为任意相对阶系统,引入滤波器对系统进行转换;其次,设计一个Nussbaum增益,对未知控制增益进行处理;再次,基于Nussbaum增益的性质,设计相对阶为1时的自适应一致性调节控制器;最后,结合backstepping方法和滤波器设计相对阶大于1时的自适应一致性调节控制器;本方法可应用于飞行器的姿态跟踪以及航空、航天以及水下机器人对于参考信号的跟踪以及具有非线性弹簧的质量‑弹簧‑阻尼器系统的车辆和具有柔性关节的机器人的编队控制。
技术领域
本发明涉及一种基于非线性输出反馈系统的自适应一致性控制方法,可应用于飞行器的姿态跟踪以及航空、航天以及水下机器人对于参考信号的跟踪以及具有非线性弹簧的质量-弹簧-阻尼器系统的车辆和具有柔性关节的机器人的编队控制。
背景技术
弹簧-质量-阻尼系统作为最常见的机械振动系统,在现实生产生活中的应用是十分广泛的,自主车辆的缓冲器就是十分典型的弹簧-质量-阻尼系统应用。弹簧-质量-阻尼系统中,前一个质量块的受力分析首先要从相邻的后一个质量块受力分析开始,通过受力分析并按照牛顿第二定律所列出的运动微分方程,而建立出来的数学模型与本方法所研究的系统的特征是基本一致的。
自主车辆的编队控制问题作为热点问题,引起了研究人员的关注。但是由于恶劣的气候因素,不明的环境因素等问题,会对自主车辆的编队问题造成十分严峻的挑战,如果在设计控制器时不考虑这些因素的影响,往往会导致系统的性能下降,甚至不稳定。然而,这些不确定性因素又很难进行机理分析和精确建模。
为了对环境因素,气候因素等不确定因素以及未知控制增益进行研究,国内外的很多学者,进行了大量的研究。首先针对不确定性因素,国内外学者提出了一系列的解决方法,例如,分散式自适应控制方法中不确定因素保持有界而不是收敛到零;应用参数估计的方法对不确定性因素进行估计,然后进行相应的控制设计;也有学者设计了基于扰动补偿的控制策略。针对未知控制增益问题,在保证控制增益的估计远离零的前提下,可以使用在系统中存在未知增益的情况下,进行控制器设计;在未知控制增益的符号已知的前提下,可以在设计控制器时利用未知控制增益的符号函数的方法进行控制器的设计;Nussbaum增益能够用来解决一些具有不确定控制系数的系统镇定问题,并要选择合适的Nussbaum增益。
通过检索发现,现有技术中关于自主汽车领航跟随编队控制的研究很多,也有了一定的研究成果,但是大多没有考虑在天气、环境等不确定因素的影响下,车辆的传感器的信息传输会受到一定限制。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,针对参数未知和控制增益未知的非线性输出反馈系统,设计了一种基于Nussbaum增益和backstepping方法的自适应一致性控制方法,解决了参数未知和控制增益未知的非线性多智能体系统的自适应一致性控制问题,提高了系统的控制精度和自适应性。
本发明的技术解决方案为:一种基于参数未知和控制增益未知的非线性输出反馈系统的自适应一致性控制方法,其特征在于包括以下步骤:首先,由于系统的相对阶未知,设计滤波器;其次,设计一个Nussbaum增益对未知增益进行自适应控制;再次,设计相对阶为1时的自适应一致性调节控制器;最后,结合backstepping方法和滤波器设计相对阶大于1时的自适应一致性调节控制器,
具体步骤如下:
第一步,建立系统的状态空间模型
具有未知参数以及未知增益的非线性输出反馈系统的N+1个子系统的状态空间方程如下:
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