[发明专利]一种针对角速率比例-积分反馈的模块化自抗扰控制方法

摘要

本发明一种针对角速率比例‑积分反馈的模块化自抗扰控制方法，包括如下四个步骤：1、根据基于比例‑积分反馈控制的刚体角速率控制系统来等价建立刚体角速率的跟踪误差动态模型：2、根据基于比例‑积分反馈控制的刚体角速率控制系统以及步骤1得到的角速率跟踪误差动态模型，设计一个如下的“总不确定性”估计器，来得到刚体角速率控制系统中的“总不确定性”；3、对步骤2所设计的“总不确定性”估计器(5)的参数进行设计：4、利用步骤2中的“总不确定性”估计器(5)得到的对刚体角速率控制系统中的“总不确定性”的估计值设计带有“总不确定性”补偿的模块化自抗扰控制输入。

主权项

一种针对角速率比例‑积分反馈的模块化自抗扰控制方法，该方法是利用基于比例‑积分反馈控制的刚体角速率控制系统：x·(t)=f(x,t)+bu(t),t≥t0,u(t)=uPI(t)=Δ-kp(x(t)-r)-ki∫t0t(x(τ)-r)dτ,---(1)]]>其中x(t)∈R是刚体在t时刻的角速率；x(τ)∈R是刚体在τ时刻的角速率；f(x,t)∈R是控制系统中的不确定未知动态总和，包括了未知的内部非线性动态和未知的外部扰动；u(t)∈R是控制输入，在基于比例‑积分反馈控制的刚体角速率控制系统中u(t)＝uPI(t)，uPI(t)∈R是已设计的比例‑积分反馈控制输入；b∈R是控制输入增益；kp∈R是已设计的比例‑积分反馈控制输入的比例反馈增益；ki∈R是已设计的比例‑积分反馈控制输入的积分反馈增益；r∈R是刚体角速率的参考信号；t0是刚体角速率控制系统的运行时间初始值；t∈[t0,∞)是刚体角速率控制系统的运行时间；针对基于比例‑积分反馈控制的刚体角速率控制系统(1)，控制输入u(t)的设计目标是：在不改变已设计的比例‑积分反馈控制输入uPI(t)的前提下，提供一种对控制系统中的不确定未知动态总和f(x,t)具有更强鲁棒性的控制输入u(t)，从而使刚体在t时刻的角速率x(t)能够跟踪上给定的角速率参考信号r；其特征在于：所述针对角速率比例‑积分反馈的模块化自抗扰控制方法，包括如下四个步骤：步骤(一)：根据基于比例‑积分反馈控制的刚体角速率控制系统(1)来等价建立刚体角速率的跟踪误差动态模型：定义刚体角速率的跟踪误差为：e(t)=Δx(t)-r---(2)]]>依据基于比例‑积分反馈控制的刚体角速率控制系统(1)，建立等价的角速率跟踪误差动态模型，其表达式如下：e·(t)=δ(e(t),r,t)+b‾u(t).---(3)]]>其中是控制输入增益的预估值，是需要调节的参数，δ(e(t),r,t)∈R为刚体角速率控制系统中的“总不确定性”，δ(e(t),r,t)的表达式如下：δ(e(t),r,t)=f(e(t)+r,t)+(b-b‾)u(t)---(4)]]>步骤(二)：根据基于比例‑积分反馈控制的刚体角速率控制系统(1)以及步骤(一)得到的角速率跟踪误差动态模型(3)，设计一个如下的“总不确定性”估计器，来得到刚体角速率控制系统中的“总不确定性”，具体步骤如下：设计“总不确定性”估计器ξ·(t)=-βξ(t)-β2e(t)-βb‾u(t),δ^(t)=βe(t)+ξ(t)---(5)]]>其中β∈R是“总不确定性”估计器的可调参数，ξ(t)∈R是“总不确定性”估计器中的状态值，是“总不确定性”估计器在t时刻的输出值，是对刚体角速率控制系统中的“总不确定性”δ(e(t),r,t)的估计值；步骤(三)：对步骤(二)所设计的“总不确定性”估计器(5)的参数进行设计：首先选取参数满足b‾kp>0,|b‾|>2|ki||kp|2---(6)]]>其中kp∈R是已设计的比例‑积分反馈控制输入的比例反馈增益，ki∈R是已设计的比例‑积分反馈控制输入的积分反馈增益；再根据已选择的来设计参数β满足β>max{2|b‾|(|kpb‾|+L-|kp|L1)L1,2LL1(|kp|2|ki|-2|b‾|),|ki|(|b‾|-L1)|kp|L1}---(7)]]>其中L∈R是不确定未知动态总和f(x(t),t)对刚体角速率x(t)的偏导数的上界，L1∈R是控制输入增益绝对值的下界；步骤(四)：利用步骤(二)中的“总不确定性”估计器(5)得到的对刚体角速率控制系统中的“总不确定性”的估计值设计带有“总不确定性”补偿的模块化自抗扰控制输入：u(t)=uPI(t)-δ^(t)b‾---(8)]]>将设计的带有“总不确定性”补偿的模块化自抗扰控制输入(8)输入到基于比例‑积分反馈控制的刚体角速率控制系统(1)中，得到基于比例‑积分反馈控制与模块化自抗扰控制的刚体角速率控制系统：x·(t)=f(x,t)+bu(t),t≥t0,u(t)=uPI(t)-δ^(t)b‾.---(9)]]>