[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于切换原理的非均匀采样系统输出反馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，设定非均匀采样系统动态过程模型，Sc是一个被控对象，其在kT+tik时刻收到计算机产生的离散输入信号u(kT+tik),i＝1,2,...,p，经过零阶保持器HΓ生成一个连续信号u(t)作为被控对象Sc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)；零阶保持器的特性：刷新时间间隔为τik(τik:＝tik‑t(i‑1)k)，tik:＝τ1k+τ2k+...+τik(设t0k＝0,tpk＝T)，T:＝τ1k+τ2k+...+τpk＝tpk为框架周期；非均匀采样系统中，刷新时间间隔是时变的、不确定的，则输入信号u(t)可表示为：步骤2，对步骤1的非均匀采样过程进行处理：1)在实际的非均匀采样系统中，输入信号具有时延性，即当前输入信号和过去历史信号是相关的，即u(kT+tik)＝u(kT‑dT),i＝1,2,d＝0,1,2,...；2)取d＝0,1，即其中τk＝t1k，τk是刷新时间，也表示时间的延滞(简称时延)；3)框架周期T可以是由最小周期T0组成的，即T0＝T/N；零阶保持器固有的刷新周期，刷新周期为T0；4)在框架周期内，输入信号非均匀刷新两次，即p＝2，刷新时间间隔是时变的、不确定的；被控对象用以下模型描述，其中x(t)∈Rn是状态向量，Rn表示n维的实数向量,以下与此相同；u(t)∈Rm是控制输入；Ac、Bc和Cc分别为适当维数的状态矩阵、输入矩阵和输出矩阵；步骤3，控制信号u(k)在经过τk＝t1‑kT时延后到达零阶保持器端，零阶保持器在kT+3T0时刻读取u(k)并将输入u(k‑1)更新为u(k)，对任意k＞0，记u(k)和u(k‑1)作用于被控对象上的时间分别为n0(k)T0和n1(k)T0，则有n1(k)的取值反映了时延的大小；步骤4，将式(3)以采样周期T离散化，并考虑时延情况，可得其中，离散模型式(4)的两个输入矩阵取决于n1(k)和n0(k)的大小，当n1(k)和n0(k)取不同值时，系统(4)将取不同的形式，而n1(k)和n0(k)均在有限集合内取值，因此，可将式(4)视为一个含有限个子系统的切换系统，引入一个R2→R的映射：[n1(k)n0(k)]→σ(k)，其中，σ(k)是非负整数；可以表示为[n1(k) n0(k)]＝[0 N]→0[n1(k) n0(k)]＝[1 N‑1]→1……[n1(k) n0(k)]＝[N 0]→N则系统(4)可重写为如下的切换系统模型，其中，σ(k)∈F₀是切换信号，式(5)是具有N+1个子系统的切换系统，用S_j表示(5)的第j个子系统，j∈F₀，则σ(k)＝j表示系统(4)驻留在子系统S_j上；步骤5，考虑控制器为输出反馈控制器，即其中Cf为状态反馈矩阵，将式(6)代入式(5)中，可得以下闭环系统模型，其中，σ(k)∈F₀是切换信号，当时延τ_k变化时，系统(7)在满足平均驻留时间切换率下，即平均驻留时间t_a大于(μ，λ是给定常数)，也就是说系统在每个子系统的驻留时间长于情况下，系统(7)从一个子系统切换到另一个子系统，实现系统子模型之间的切换，此时可以借助于切换系统控制原理完成非均匀采样系统控制设计。