专利名称：Siso离散时间系统的间接自适应模糊滑模控制方法
技术领域：
本发明涉及滑模变结构控制技术领域，具体是一种对模型未知且存在外部干扰的单输入单输出离散时间系统的间接自适应模糊滑模控制方法，在位置跟踪、电机控制等系统中均可以有广泛的应用。
背景技术：
在模型未知的单输入单输出(SISO)离散时间系统的控制中，经过对现有技术 ^ ^ Indirect adaptive fuzzy control for a class of nonlinear discrete-time systems(Journal of Systems Engineering and Electronics，2008， 19(6) :1203-1207.)中，作者提出了间接自适应模糊控制方法(IAFC)，在系统不存在外部干扰的情况下，得到了良好的效果；在文献Robust adaptive quasi-sliding mode controller for discrete-time systems(Systems and Control Letters,1998,35 (3) 165-173.)中，作者提出了一种鲁棒自适应离散滑模控制策略(RAQSMC)，能够解决不确定离散系统的控制问题，但需要预先获得系统状态空间的估计模型实际应用中，经常出现系统的估计模型准确性难以保证的情况甚至根本难以预先获得先验模型的情况。同时，很多连续时间系统用数字信号处理器或微处理器作为控制器， 需要采用离散时间控制方法。对于采样周期较大的情况，将连续控制方法直接离散化难以保证系统的稳定性和控制效果。由于实际系统所处环境的影响，干扰的存在也会对控制效果产生不利影口向。文献 Indirect adaptive fuzzy control for a class of nonlinear discrete-time systems(Journal of Systems Engineering and Electronics,2008， 19(6) :1203-1207.)中提出的IAFC控制方法没有考虑外部干扰，不能保证存在干扰的情况下，系统的稳定性禾口动态性會邑。文献Robust adaptive quasi-sliding mode controller for discrete-time systems(Systems and Control Letters，1998，35(3) :165-173.)中的RAQSMC控制方法也因其对估计模型的可获取性和表达形式的限制而难以应用到模型未知系统。文献 Sliding mode control of a discrete system (Systems and Control Letters，1990，14(2) 145-152.)禾口 Discrete-time variable structure control systems (IEEE Transactions on Industrial Electronics，1995，42 (2) :117-122.)中提出的离散滑模控制方法能够很好地克服系统的不确定性和外部干扰，但都要求预先获得估计模型和干扰的界，并且，直接的切换控制会导致严重的振颤现象，使得按该方法设计的控制律难以在实际系统中应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种SISO离散时间系统的间接自适应模糊滑模控制方法，控制系统的外部干扰，消除控制方法对于系统先验模型的依赖和直接切换控制带来的振颤现象。本发明通过引入自适应控制和模糊控制方法来逼近系统模型和滑模控制律中的切换控制，给出了一种用于一类SISO离散时间系统的间接自适应模糊滑模控制方法，在存在外部干扰，且系统模型及其不确定性和干扰的界均未知的情况下，仍然能够保证控制系统的稳定性和动态性能。本发明的适用对象为系统模型具有以下形式的离散时间系统y (k+1) = f (χ (k)，k) +g (χ (k)，k) u (k) +d (k)x(k) = (xi(k),x2(k), -,xn(k))T= (y(k-n+l),y(k-n+2), ...，y(k))T其中u e R和y e R分别为系统的输入和输出，f ( ·)和g( ·)为系统的未知非线性函数，d(k)为未知的外部干扰。控制目标为使得系统输出y能够跟踪给定轨迹&。本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤步骤一，选定离线参数。所述的选定参数是指⑴选定切换模态系数向量k = (k1 k2,…，I1，1)τ使得特征方程λΜ+υΜ+··、= 0的根都在单位圆内；(2)选定趋近律参数α，使得
⑶选定正的自适应权系数R1, R2, R3，使得1^+ + = 1 ； (4)选定参数投影界Mf，Mg，Mh，ε。步骤二，构造带有模糊子系统的滑模控制器。所述的构造滑模控制器是(1)为模糊语言变量^ci (i = 1,2,…，η)定义模糊集 Ai和模糊隶属度函数Z^4，其中Xi也是系统的状态变量；(2)为s定义模糊集C，其中，S = kTe(k)为滑动模态，e(k) = (ei(k),e2(k), ···, en(k))T = x(k)-xd(k)为系统误差向量；(3)构造如下模糊系统f(x(k) I Of(R)) = e/(^(x(k)\q(x(k)\0g(k)) = 0gT(^(x(k)l (公式一)h{s{k)\0h{k)) = OhT{ms{k-\)).其中ξ (x(k))和Φ (s(k-l))为由隶属度函数值构成的向量。步骤三，在线调整模糊系统的参数向量和计算控制输入。所述的在线调整模糊系统的参数向量的方法是用以下带参数投影的自适应律在线调整公式一中的参数向量ef，98和eh。对ef，用
\0f(k\ if \&f(k)\<Mf0f(k) = \‘,‘, (公式二)
{P(0f(k)\ if \0f(k)\>Mf其中 f(k)= f(k-l)_ri(k) ξ (1&-1))8(10，投影算子？(*)定义为
0f(k)对08，用
\θαχ if s<\&(k)\<Mqeq(k) = \ 9V1 '' 3 (公式三)
1 户else.其中 g(k)= g(k-l)-r2(k) ξ “&-1))11&-1)8(10，投影算子？(*)定义为
P(&(k)) =对 eh，用
权利要求
1.一种SISO离散时间系统的间接自适应模糊滑模控制方法，其特征在于，包括下列步骤步骤一，选定离线参数；步骤二，构造带有模糊子系统的滑模控制器；步骤三，在线调整模糊系统的参数向量和计算控制输入。
2.根据权利要求1所述的SISO离散时间系统的间接自适应模糊滑模控制方法，其特征是，所述的选定离线参数，包括(1)选定切换模态系数向量k=(k1 k2,…，Iv1，1)4吏得特征方程XnAklri λ n_2+··· Ic1 =0的根都在单位圆内；(2)选定趋近律参数0，使得0< <^; (3)选定正的自适应权系数R1,R2, R3,使得R!+R2+R3 = 1 ；(4)选定参数投影界Mf，Mg,Mh, ε。
3.根据权利要求1所述的SISO离散时间系统的间接自适应模糊滑模控制方法，其特征是，所述模糊子系统采用模糊基向量逼近系统未知函数f，g和切换控制β sgn (s (k))，公式为
4.根据权利要求1所述的SISO离散时间系统的间接自适应模糊滑模控制方法，其特征是，所述的在线调整模糊系统的参数向量方法是对带参数投影的自适应律在线调整参数向量0f，
5.根据权利要求4所述的SISO离散时间系统的间接自适应模糊滑模控制方法，其特征 是，所述的自适应系数巧，r2, r3选择如下ri(k) =R1MGO/ I (x(k-l)) I2r2 (k) = R2M (k)/[| I (x(k-l)) 12U2 (k-1)](公式五)r3(k) = R3M(k)/I (t (s (k-1)) I2其中.
6.据权利要求1所述的SISO离散时间系统的间接自适应模糊滑模控制方法，其特征 是，所述的控制输入u，计算公式为
全文摘要
一种SISO离散时间系统的间接自适应模糊滑模控制方法，包括步骤步骤一，选定离线参数；步骤二，构造带有模糊子系统的滑模控制器；步骤三，在线调整模糊系统的参数向量和计算控制输入。用带参数投影的自适应律在线调整模糊系统中的参数向量。本发明通过引入滑模控制，克服了系统不确定性和未知外部干扰对系统稳定性和动态性能的不利影响，通过引入参数向量自适应调节的模糊系统逼近滑模控制律中的未知函数和切换控制，消除了控制方法对于系统先验模型的依赖，减轻甚至完全消除了切换控制引起的振颤，提高了系统输出跟踪给定轨迹的精度；同时兼顾系统稳定性和动态性能，具有较强的实用价值。
文档编号G05B13/00GK102495547SQ201110440459
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者李建勋, 虞红志 申请人:上海交通大学