专利名称：一种自适应反馈保护动态面控制器结构及设计方法
技术领域：
本发明涉及自适应控制技术领域，尤其涉及一类下三角不确定非线性系统的自适应反馈保护动态面控制器结构及设计方法。
背景技术：
反推法(Backstepping)由于具有设计过程清晰,控制律容易推导等特点在不确定非线性系统的自适应控制器设计方面受到广泛重视与发展。然而，基于反推法设计的控制器存在一种缺陷，即“计算复杂性”问题。由于反推法在每步递推的过程中需要对虚拟控制律进行求导，导致控制器的项数随系统阶数的增长呈爆炸性增长，因而使得控制器结构形式复杂，大大增加了控制算法的计算负荷，不利于实际的工程应用。为了克服以上问题，美国控制学者Swaroop提出了动态面控制(Dynamic Surface Control, DSC)方法,通过引入低通滤波器对虚拟控制律进行估计，解决了不确定非线性系统因反推法设计带来的“计算复杂性”问题。近年来，大连海事大学王丹等将动态面与神经网络自适应控制技术相结合，提出了一种针对含未知非线性严格反馈单输入单输出系统的动态面神经网络自适应控制方法。随后，王丹等将该方法进一步拓展到含未知非线性仿射纯反馈三角形单输入单输出系统的情形。然而，基于反推法和动态面设计的控制器在求导与滤波的过程中容易使得控制信号陷入饱和，表现为在起始阶段容易产生较大的控制输入信号，系统的输入暂态性能较差，因此严重影响和制约了以上两种控制器设计方法的实际工程应用。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种自适应反馈保护动态面控制结构及设计方法，不仅可以显著降低控制器的结构复杂性，而且可以避免产生较大的初始控制输入信号，从而极大地提高控制器的输入暂态性能。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下一种自适应反馈保护动态面控制器结构，由n级子控制器组成，第I级子控制器的输入端与参考信号r相连，第I级子控制器的输出端a 2与第2级子控制器的输入端相连，依此类推，第i-1级子控制器的输出端Cii与第i级子控制器的输入端相连，直到第n-1级子控制器的输出端a n与第n级子控制器的输入端相连，第n级子控制器的输出端u与被控系统的输入端相连；所述的第i级子控制器由滤波器单元、比较器单元、线性控制单元、逼近器单元、反馈保护单元和求和器单元构成，滤波器单元的输入端与反馈保护单元的输出端和第i_l级子控制器的输出端相连；滤波器单元的一个输出端与求和器单元的输入端相连，其另一个输出端与比较器单元的输入端相连；比较器单元的输入端还与被控系统的状态相连、t匕较器单元的输出端分别与线性控制单元和逼近器单元的输入端相连；线性控制单元的输出端与求和器单元的输入端相连；逼近器单元的输入端还与被控系统的状态相连、逼近器单元的输出端与求和器单元的输入端相连；反馈保护单元的输入端分别与被控系统的状态和求和器单元的输出端相连；、
所述的第n级子控制器由滤波器单元、比较器单元、线性控制单元、逼近器单元和求和器单元构成，滤波器单元的输入端与第n-1级子控制器的输出端相连；滤波器单元的一个输出端与求和器单元的输入端相连、其另一个输出端与比较器单元的输入端相连；t匕较器单元的输入端还与被控系统的状态相连；线性控制单元的输出端与求和器单元的输入端相连；逼近器单元的输入端还与被控系统的状态相连、其输出端与求和器单元的输入端相连；第n级子控制器的输出端u与被控系统的输入端相连；所述的被控系统可由下列n阶下三角单输入单输出不确定非线性系统形式来描述
权利要求
1.一种自适应反馈保护动态面控制器结构，由n级子控制器组成，第I级子控制器的输入端与参考信号r相连，第I级子控制器的输出端a 2与第2级子控制器的输入端相连，依此类推，第i_l级子控制器的输出端a ,与第i级子控制器的输入端相连，直到第n-1级子控制器的输出端a n与第n级子控制器的输入端相连，第n级子控制器的输出端u与被控系统的输入端相连； 其特征在于所述的第i级子控制器由滤波器单元、比较器单元、线性控制单元、逼近器单元、反馈保护单元和求和器单元构成，滤波器单元的输入端与反馈保护单元的输出端和第i_l级子控制器的输出端相连；滤波器单元的一个输出端与求和器单元的输入端相连，其另一个输出端与比较器单元的输入端相连；比较器单元的输入端还与被控系统的状态相连、比较器单元的输出端分别与线性控制单元和逼近器单元的输入端相连；线性控制单元的输出端与求和器单元的输入端相连；逼近器单元的输入端还与被控系统的状态相连、逼近器单元的输出端与求和器单元的输入端相连；反馈保护单元的输入端分别与被控系统的状态和求和器单元的输出端相连； 所述的第n级子控制器由滤波器单元、比较器单元、线性控制单元、逼近器单元和求和器单元构成，滤波器单元的输入端与第n-1级子控制器的输出端相连；滤波器单元的一个输出端与求和器单元的输入端相连、其另一个输出端与比较器单元的输入端相连；比较器单元的输入端还与被控系统的状态相连；线性控制单元的输出端与求和器单元的输入端相连；逼近器单元的输入端还与被控系统的状态相连、其输出端与求和器单元的输入端相连；第n级子控制器的输出端u与被控系统的输入端相连； 所述的被控系统可由下列n阶下三角单输入单输出不确定非线性系统形式来描述
2.一种自适应反馈保护动态面控制器结构的设计方法，其特征在于包括以下步骤 A、第I级子控制器设计 Al、第I级滤波器单元将第I级滤波器输入端分别与外部输入信号r和第I级反馈保护单元的输出信号Vhl相连，所述的输出信号Vhl经过下列滤波器
全文摘要
本发明公开了一种自适应反馈保护动态面控制器结构及设计方法，所述的结构由n级子控制器组成，第1级子控制器的输出端α2与第2级子控制器的输入端相连，依此类推，第i-1级子控制器的输出端αi与第i级子控制器的输入端相连，直到第n-1级子控制器的输出端αn与第n级子控制器的输入端相连；所述的第i级子控制器由滤波器单元、比较器单元、线性控制单元、逼近器单元、反馈保护单元和求和器单元构成。本发明由于在动态面控制的基础上增加了反馈保护单元，一方面可以显著地提高控制器的输入暂态性能，使得该设计方法更有利于实际的工程应用；另一方面克服了动态面控制设计方法中不能通过调整滤波器的时间参数以实现调整控制输入信号频带的局限性。
文档编号G05B13/00GK102749843SQ201210257919
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日
发明者严浪涛, 孙刚, 彭周华, 李景君, 王丹, 王昊 申请人:大连海事大学