[发明专利]一种非线性系统的模糊重复输出控制器及其控制方法

说明书

本发明涉及一种非线性系统的模糊重复输出控制器及其控制方法，其包括改进重复控制模块、状态反馈增益模块以及模糊系统模块，其中改进重复控制模块接收非线性系统的输出变量进行滤波和延时处理，输出变量送至状态反馈增益模块；状态反馈增益模块调节重复控制模块的输出，并对其进行补偿，状态反馈增益模块的输出变量送至模糊系统模块，将重复控制模块和模糊系统模块结合起来，形成非线性系统的模糊重复输出控制器。本发明将模糊模型首次应用于非线性系统的周期性跟踪控制问题上，将T‑S模糊控制和重复控制结合形成一种新的高性能的控制方法，在基于模糊观测器的重复控制器的设计上，将实际系统中模糊前提变量不可测的问题考虑其中，设计更全面。

技术领域

本发明涉及一种自动控制技术领域，具体涉及一种非线性系统的模糊重复输出控制方法。

背景技术

在现代工业发展进程中，自动控制技术已经广泛应用于人类生活的各行各业。而一些类似于喷涂、采集的工作往往需要不断重复的进行，这类简单的线性系统可以通过重复控制来达到对周期性扰动信号的跟踪或抑制。然而实际物理系统和工业过程比较复杂，这种非线性系统很难通过传统的适用于线性系统的方法来建立精确地数学模型。

Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型利用非线性模糊隶属度函数，在局部区域用多个线性时不变模型来近似表示非线性系统。T-S模型可以通过线性系统理论直接分析系统性能，从而降低系统复杂性。模糊系统的前提变量并不是全部可以测量的，设计基于观测器的T-S模糊系统来估计当前系统状态，可以减小系统误差。然而这些方法都有一定的局限性，得到的结果也具有一定的保守性。

发明内容

针对现有技术中控制方法存在消除或跟踪非线性系统的周期性扰动信号具有很大局限性等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种具有稳定性高、鲁棒性强、能快速并准确跟踪或消除周期性扰动信号的非线性系统的模糊重复输出控制方法，本发明以Buck变换器为例，将Buck变换器动态方程抽象成非线性系统，用本发明提出的一种非线性系统的模糊重复输出控制器及其控制方法，来快速并准确跟踪或消除Buck变换器产生的谐波。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种非线性系统的模糊重复输出控制器，包括改进重复控制模块、状态反馈增益模块以及模糊系统模块，其中改进重复控制模块接收非线性系统的输出变量进行滤波和延时处理，输出变量送至状态反馈增益模块；状态反馈增益模块调节重复控制模块的输出，并对其进行补偿，状态反馈增益模块的输出变量送至模糊系统模块，将重复控制模块和模糊系统模块结合起来，形成非线性系统的模糊重复输出控制器。

本发明还具有状态观测器模块，其将非线性系统的输出反馈做为参考输入量送入改进重复控制模块，以跟踪当前系统状态，消除系统中周期性扰动。

改进重复控制模块包括周期延时子模块和低通滤波器，其中周期延时模块将系统的输入变量进行延时处理，再经低通滤波器滤除高频信号，使得改进重复控制系统的状态反馈跟踪误差小于或等于整个反馈控制系统。

状态反馈增益模块包含重复控制器增益子模块、状态观测器反馈增益子模块，其中，重复控制器增益子模块接收改进重复控制模块的输出，以调节重复控制模块中低通滤波器的状态变量和输入改进重复控制模块的跟踪误差；状态观测器反馈增益子模块接收状态观测器模块的状态估计量，以根据状态观测器模块状态变量调节整个反馈系统的状态，从而能控制整个系统。

本发明一种非线性系统的模糊重复输出控制方法，包括以下步骤：

根据工业生产中遇到的实际物理系统中具有多变量输入输出、不确定时滞和扰动项特点的复杂系统，将上述复杂系统抽象出动态数学方程并建立非线性数学模型；

针对上述非线性数学模型，设计i条模糊规则，该非线性数学模型在多条模糊规则下用多个线性模型来表示，形成Takagi-Sugeno模糊模型；