[发明专利]基于事件的欧拉-拉格朗日系统跟踪控制方法

说明书

本发明是一种基于事件触发机制的控制设计方法，属于事件触发控制设计领域，提出了针对参数不确定性和外部干扰的欧拉‑拉格朗日系统的事件触发控制技术新方案，实现了保证闭环系统的稳定性的同时，能够有效节约网络通讯资源和减少控制器端的更新。基于事件触发的不确定欧拉‑拉格朗日系统跟踪控制设计方法，步骤如下：首先建立不确定欧拉‑拉格朗日系统模型动态，然后设计相应的自适应滑模控制器和参数更新策略；在此基础上设计合适的事件触发条件，当事件触发条件满足时才进行传输系统状态信息，自适应滑模控制器用该状态值计算并更新执行器输出，进而完成该系统的控制任务。本发明不仅能够处理不确定性上界未知这一实际应用中经常遇到的情况，并且在网络通讯资源受限时，保证系统的鲁棒性，通讯正常时减少网络资源占用、减少控制器更新频率、提升被控对象的鲁棒性和稳定性，确保不同情况下欧拉‑拉格朗日系统的运行性能。

技术领域

本发明涉及基于事件触发的网络化控制系统的领域，具体为涉及一种基于事件的自适应滑模控制方法。

背景技术

随着现代网络系统的发展和应用，网络控制系统之间通过共享网络进行通信，而不需要专门的传输线路进行连接，有效的提高了系统的灵活性和运转效率，减少了系统的维护成本，已经广泛应用到诸如无人机、无人车以及机械臂等众多工程应用领域中。

传统控制系统的执行是按照固定周期采样，计算控制、更新和执行控制信号的，这种周期性采样方式在通信负载、资源利用等方面具有一定保守性和局限性，使得网络系统在模型不确定、干扰以及传输资源受限时，控制性能难以得到保证。因此，很多学者研究随时间和状态改变对控制进行动态动态调度的方法，即事件触发控制，以便降低对网络负载和计算资源的要求，适用于资源有限的网络化系统、信息物理系统等。这种控制结构是传感器到控制器、控制器到执行器通过共享网络传输。但在实际应用中却存在如下两个方面的问题：首先，当系统出现不确定性与干扰时，易发生芝诺现象，导致系统在有限时间内发生无限次触发，给系统带来了极大的危害；其次，目前大多数研究都是针对给定的被控对象的特殊形式，例如某一类机械臂系统或者某一类给定尺寸和参数的飞行器系统进行，缺乏统一的处理方法和解决问题的技术。

滑模控制方法鲁棒性好、抗干扰能力强的优点，为提升事件触发控制系统的鲁棒性，有学者研究了基于事件触发的滑模控制方法。这些方法考虑了实际系统面临的精确模型未知以及外部干扰等问题，通常假设不确定上界已知。然而，实际系统中模型不确定的上界通常是未知的。因此，研究如何设计事件驱动控制方案能够在减少系统的传输次数，有效节约资源的同时保证在未知不确定性出现时系统稳定问题具有很强的理论价值和现实意义。与此同时，欧拉- 拉格朗日系统是一种非线性的力学系统，能够描述诸如机械臂、无人机以及无人车系统等，具有普适性。因此，如何将事件触发控制和滑模控制策略应用到该类系统中，解决该系统控制设计问题，是一个难点，也具有极大的应用价值和实际意义。

发明内容

针对目前事件触发控制存在的问题，将事件触发控制策略运用到带有参数不确定性和外部干扰的欧拉-拉格朗日系统中，提供了一种基于事件触发的自适应滑模控制的控制设计方案，在考虑参数不确定和外部干扰同时存在的场景下能够有效减少控制器更新的次数，提高网络资源的利用效率，保证闭环控制系统的有效性、鲁棒性和稳定性。

针对多输入的含有参数不确定性和外部干扰的欧拉-拉格朗日系统，分离出已知的已知信息和不确定信息，转换成一般的非线性形式。采用变量代换的方法，得到系统的误差动态方程，将跟踪问题转换成一般系统的稳定控制问题。设计滑模面，给出事件触发条件和自适应参数更新规律设计方案。然后，通过理论推导证明了闭环系统稳定性并保证排除Zeno行为不发生。具体包括以下内容和步骤：