[发明专利]弧形微型机电混沌系统的自适应动态面控制方法

说明书

本发明公开了一种弧形微型机电混沌系统的自适应动态面控制方法，首先建立基于Euler‑Bernoull梁的弧形微型机电混沌系统动力学模型，确定系统输入输出约束条件；虚拟控制输入经障碍李亚谱诺夫函数与Levant跟踪器构成一阶滤波器的输入；设计扩展状态观测器估计系统状态变量，结合一阶滤波器、Chebyshev神经网络、backstepping和Nussbaum函数构成实际控制输入，将控制器的输出信号输入到弧形微型机电混沌系统；最后调节控制器中各环节参数，完成参数的调节。本发明可以降低弧形微型机电混沌系统存在不确定性因素、输入输出约束和状态变量不可测时对闭环控制性能的影响。

技术领域

本发明涉及弧形微型机电混沌系统，具体涉及弧形微型机电混沌系统的自适应动态面控制方法。

背景技术

微型机电系统是在微型电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微型加工、非硅微型加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。微型机电系统是集微型传感器、微型执行器、微型机械结构、微型电源微型能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。微型机电系统是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。微型机电系统侧重于超精密机械加工，涉及微型电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学科面涵盖微型尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理、化学、机械学的各分支。

弧形微型机电混沌系统对外部环境下的初始条件具有敏感性，能呈现非常丰富的动态行为，即工作过程中易产生不规则的混沌振荡。混沌行为极大地影响弧形微型机电混沌系统的稳定性和安全性，必须要采取措施来改善弧形微型机电混沌系统的性能。

不同激励幅值R下的弧形微型机电混沌系统相图和时序图如图3和图4所示，很显然，系统存在混沌振荡。弧形微型机电混沌系统庞加莱截面图如图5所示。在图5(a)，(c)，(e)和(f)中存在一些固定的点。当R减小时，吸引不变的轨道开始扩张，如图5(i)和(h)所示。当R进一步减小时，轨道开始变形，如图5(g)和(d)所示。当R等于0.02时，系统运动出现不稳定与混沌状态，如图5(b)所示。

利用分岔图来分析弧形微型机电混沌系统周期振动状态和混沌运动，x₁相对于激励幅值R的分岔图如图6所示。在一定范围内可以清楚的知道从规则运动到混沌运动的系统动态行为，即混沌振荡发生在区域B，D，F和I，四周期运动出现在区域H上和二周期运动出现在区域G上。

同时，在实际应用中，由于执行器物理限制、元器件老化以及外界环境影响等因素使得执行器输入输出呈现扇形非线性输入特征。这种特征不可避免地存在于实际控制系统中，并且会造成闭环控制系统的性能下降，甚至导致系统不稳定。基于安全原因和环境保护等方面的考虑，控制系统中的状态约束和输出约束不可忽视。研究发现，弧形微型机电混沌系统中的非线性补偿问题涉及位置信号及其高阶导数的观测问题，观测器能够在系统状态不完全可测的情况实现系统的闭环控制，解决系统状态在线估计问题。

微型机电系统具有高度非线性、参数未知、混沌振荡和多变量等特征。目前微型机电系统研究大部分侧重于动力学分析和生产制造，很少从自适应控制方法上去解决其混沌控制问题。另外，通用的控制方法没有考虑弧形微型机电混沌系统的特征与特点，未能有效解决系统存在扇形非线性输入、混沌振荡、未知控制方向、难测量状态和状态约束特征等的控制问题。因此，针对弧形微型机电混沌系统的自适应控制问题，迫切地需要提出一些有效的控制方法，从而降低各种因素对系统造成的不利影响，改善其性能，提高可靠性和安全性。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，解决弧形微型机电混沌系统在分布式静电激励下具有扇形非线性输入、混沌振荡、未知控制方向、难测量状态和状态约束特征等的自适应控制问题，本发明提供一种弧形微型机电混沌系统的自适应动态面控制方法。