[发明专利]一种考虑跟踪误差约束的最优跟踪控制方法、系统、处理设备、存储介质

说明书

本发明提供一种考虑跟踪误差约束的最优跟踪控制方法，包括以下步骤：步骤1.建立大规模系统的数学模型；步骤2.把含有约束的跟踪误差转化为没有约束的误差；步骤3.利用转换后的误差设计性能指标并利用自适应动态规划技术设计最优跟踪控制器；步骤4.利用互联倒立摆系统仿真验证所提方法的有效性。本发明在考虑跟踪误差约束下设计了最优跟踪控制器；简化了关于大规模互联系统的最优跟踪控制器方案的设计。

技术领域

本发明涉及最优跟踪控制技术领域，具体来说是一种考虑跟踪误差约束的最优跟踪控制方法、系统、处理设备、存储介质。

背景技术

大规模系统一般指由多个子系统互联而成的系统。此类系统广泛存在于电力和化工等领域。由于大规模互联系统的多变量，高度非线性和强耦合等特性，设计有效的控制器尤为困难。现有的针对此类系统的控制器设计方法中使用的最多的是集散控制，它考虑互联项并对每个子系统设计一个局部控制器而保证整个控制系统的稳定。随着控制任务越来越复杂，我们也希望控制器在保证闭环系统稳定的同时，在要求的性能指标下是最优的。因此，关于大规模系统的最优控制得到了人们的关注。同时，在控制器设计过程中，系统暂态响应也是一项重要的评价指标。因此，预设性能控制也得到了广泛的研究。虽然，已有学者对大规模系统的预设性能最优控制问题进行研究。但由于最优控制方法的局限性，也即是性能指标在有限或无限时间域内应为有界值，我们一般在被控系统零平衡点处设计控制器。然而，实际中很多系统并不满足此条件，即使可以通过坐标变换使之满足假设条件，系统的平衡点需要事先已知。综上所述，现有的最优控制方案仍然存在以下几个难题：

1)如何在满足跟踪误差约束下设计最优跟踪控制器。

2)如何针对一类含有非零平衡点的大规模互联系统设计最优跟踪控制器。

如申请号为202010665160.3公开的一种基于预设性能的超高声速飞行器姿态控制方法，该专利考虑了预设性能提出了一种基于超高声速飞行器姿态控制方案。首先，建立高超声速姿态控制数学模型；接着，引入扩张观测器对未知函数进行估计和补偿；最后，利用反步控制技术设计控制器。该方法存在以下两点缺点：

1)只考虑了性能约束并没有考虑最优问题；

2)设计的控制器适合单个系统，不能应用于大规模系统。

再如申请号为201810799985.7公开的一种基于自适应动态规划的分布式最优协同容错控制方法，该专利利用自适应动态规划技术设计了一种分布式最优容错控制方案。首先建立大规模被控对象的模型；接着利用最优控制理论设计最优控制器；最后，设计估计器估计系统中发生的未知故障，进而设计一种分布式最优容错控制方法。该方法存在以下缺点：

1)此方案缺少仿真验证或者实验验证；

2)此方案没有考虑性能约束的问题。

因此，如果针对一类含有非零平衡点的大规模系统设计一种预设性能最优控制器成为一个新的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对含有非零平衡点的大规模系统设计一种考虑跟踪误差约束的最优跟踪控制方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种考虑跟踪误差约束的最优跟踪控制方法，包括以下步骤：

步骤1.建立大规模系统的数学模型；

步骤2.把含有约束的跟踪误差转化为没有约束的误差；

步骤3.利用转换后的误差设计性能指标并利用自适应动态规划技术设计最优跟踪控制器；

步骤4.利用互联倒立摆系统仿真验证所提方法的有效性。

本发明在考虑跟踪误差约束下设计了最优跟踪控制器；简化了关于大规模互联系统的最优跟踪控制器方案的设计。