[发明专利]一种直接自适应控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种直接自适应控制方法及装置。

背景技术

自适应控制是现代控制理论中最具前景的一个分支，并在航天航空、电子通信、能源供给、交通运输、环境保护、武器装备、过程控制、电力电子、机器制造、轻工建材等领域获得了广泛的应用。

随着科技的发展和进步，生产工艺和作业程序变得越来越复杂，人们对系统的精度和稳定性要求越来越高，从而致使控制器设计的难度也变得越来越大。对于这一情况，简单的针对定常系统的反馈控制已经远远满足不了高难度的控制要求，因此“自适应控制”的思想也由此产生，也就是通过量测系统输入和输出信息,实时地掌握被控对象和系统误差的动态特性,并根据其变化情况及时调节控制量,使系统的控制性能最优或达到满意的要求。

世界进入20世纪80年代以后，伴随着现代控制理论的成熟，微电子技术和计算机技术的发展，以及廉价微型计算机和处理器的出现，自适应控制技术的应用更加广泛。至今，自适应控制不仅在工业领域取得较大成功，在社会、经济、和医学等非工业领域也开展了有益的探索。在工业领域，自适应控制主要运用于：智能化高精度机电或电液系统控制，主要是针对机器人、不间断电源、电机或液压伺服系统等的控制；工业过程控制，主要包括化工过程、冶金过程、食品加工过程、造纸过程、钢铁制造过程、机械加工过程等应用领域；如今热门的航天航空、航海和汽车无人驾驶领域；柔性结构与振动和噪声的控制和电力系统的控制等等。而在非工业领域，自适应控制的应用虽然并不广泛，但已有成功实例。显示出良好的前景，比如在社会、经济和管理领域中自适应控制的思想能够用来拟定商品供应量，以获取最大利润；在环境和生物医学领域中运用自适应控制来控制药剂剂量或者食物供给， 使环境和生物系统保持平衡。

自适应控制的运用是针对于参数不确定系统模型。我们都知道，任何一个动态系统，通常都具有程度不同的不确定性，如：系统输入包含的随机扰动，系统的测量传感器具有测量噪声，系统数学模型的参数甚至结构具有不确定性。在这些不确定性中，常见的存在于系统中的非线性有迟滞、死区、间隙、摩擦、故障等等，无论何种非线性存在于系统中，都将对系统的稳定性造成影响，最终导致系统的不稳定的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供的一种直接自适应控制方法及装置，解决了非线性系统中存在的死区和故障非线性的技术问题，对存在非线性实现有效补偿，最终保证了系统运行的稳定性和良好的跟踪性能。

本发明实施例提供的一种直接自适应控制方法，包括：

根据控制系统中存在的死区和故障非线性，建立死区和故障非线性的动态模型；

通过构造死区的逆函数，对死区非线性的动态模型进行逆补偿；

对所述逆补偿所产生的补偿误差和存在于死区执行器中的故障非线性动力学模型进行补偿。

优选地，根据控制系统中存在的死区和故障非线性，建立死区和故障非线性的动态模型前还包括：

根据带有未知控制系数的非线性系统定义执行器输入τ_j(j＝1,2,...,q)和执行器输出u_j(j＝1,2,...,q)；

其中x∈Rⁿ是状态变量，y∈R是系统输出，u_j(j＝1,2,...,q)表示系统的第j个控制输入，f_i(x)∈Rⁿ(i＝1,2,...,p)和g_j(x)∈Rⁿ(j＝1,2,...,q)是未知的光滑函数，θ_i(i＝1,2,...,p)和b_j(j＝1,2,...,q)是未知控制系数。

优选地，根据控制系统中存在的死区和故障非线性，建立死区和故障非线性的动态模型具体包括：

据获取到的控制系统中非线性，对存在于第j个执行器中的死区非线性， 确定执行器的动态模型为u_j＝D(τ_j),j＝1,2,...,q；

其中其中d_-＜0,d₊＞0，m_r,m_l是未知常数，[d_-,d₊]表示死区区间，死区的参数满足m_r≥m_r0，m_l≥m_l0，其中m_r.m_l是两个正常数。