[发明专利]一种复合分层抗干扰控制器

权利要求书

1.一种复合分层抗干扰控制器，其特征在于包括以下步骤：

首先，构造降阶干扰观测器估计并抵消多源干扰控制系统中的外部模型描述干扰；其次，构造具有鲁棒H_∞和保成本性能指标的状态反馈控制器，抑制多源干扰控制系统中随机干扰和能量有界干扰；基于降阶干扰观测器、具有鲁棒H_∞和保成本性能指标的状态反馈控制器，构造复合分层抗干扰控制器；最后，基于凸优化算法求解复合分层抗干扰控制器增益阵列，其中含有外部模型描述干扰、能量有界干扰和随机干扰的多源干扰控制系统∑₁的系统状态方程为：

Σ1:x·(t)=Ax(t)+Ff(x(t))+B1(u(t)+d1(t))+B2d2(t)+d3(t)y(t)=Cx(t)+D1d1(t)+D2d2(t)+d3(t)]]>

其中，多源干扰控制系统∑₁可测状态变量x(t)∈Rⁿ，Rⁿ表示n维实向量空间，系统阵A∈R^n×n，R^n×n表示n×n维实矩阵空间，f(x(t))为多源干扰控制系统的非线性项，其增益阵为F，为外部模型描述干扰，为控制输入通道增益阵，为能量有界干扰，其增益阵为d₃(t)∈Rⁿ为随机干扰，y(t)∈R^m为系统输出变量，C∈R^m×n为系统输出阵，输出系统多源干扰增益阵分别为D₁，D₂；具体步骤如下：

(1)针对多源干扰控制系统∑₁中外部模型描述干扰d₁(t)，构造降阶干扰观测器为：

r·(t)=(W+KB1V)r(t)+[KA-(W+KB1V)K]x(t)+KB1u(t)+KFf(x(t))w^(t)=r(t)-Kx(t),d^1(t)=Vw^(t)]]>

其中，r(t)为参考状态变量，为外部干扰模型∑₂状态变量w(t)∈R^p的估计值，R^p表示p维实向量空间，u(t)∈R^q为控制输入，表示n×q₁维实矩阵空间，K∈R^p×m为待定观测器增益阵，W∈R^p×p、分别表示外部干扰模型∑₂的系统矩阵、输出矩阵，为干扰观测器输出变量；m、n、p、q₁均为自然数；

(2)针对多源干扰控制系统中能量有界干扰d₂(t)、随机干扰d₃(t)，构造具有鲁棒H_∞和保成本性能指标的状态反馈控制器为：

u_f(t)＝Lx(t)

其中，u_f(t)为状态反馈控制器，L为待定状态反馈控制器增益阵；

(3)基于降阶干扰观测器、具有鲁棒H_∞和保成本性能指标的状态反馈控制器，构造复合分层抗干扰控制器为：

u(t)=-d^1(t)+uf(t);]]>

(4)基于凸优化算法得降阶干扰观测器增益阵为状态反馈控制器增益阵为其中P₁、R₁、P₂、R₂由以下凸优化问题求得：

min(xT(0)ewT(0)P100P2xT(0)ewT(0)T)]]>

Φ=Φ11B1VB2P1C1TFP1C3TλP1UT*Φ22R2B2C2T0C4T0**-γ2I0000***-I000****-λ2I00*****-I0******-I<0]]>

其中：x(0)、e_w(0)为给定初始值，[C₁  C₂]∈R^(n+p)×(n+p)、[C₃  C₄]∈R^(n+p)×(n+p)为H_∞和保成本性能可调输出矩阵，R^(n+p)×(n+p)表示(n+p)×(n+p)维实矩阵空间，λ为非线性权重参数，γ为干扰抑制度；Φ₁₁＝(AP₁+B₁R₁)+(AP₁+B₁R₁)^T，U为∑₁中非线性项f(x(t))的Lipschitz参数阵，Φ₂₂＝(P₂W+R₂B₁V)+(P₂W+R₂B₁V)^T，符号*表示对称矩阵中相应部分的对称块，q₂为自然数。