[发明专利]一种复合分层抗干扰控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有干扰抵消和抑制性能的复合分层抗干扰控制器，可用于多源干扰控制系统的抗干扰控制，如航空航天器导航与控制系统等。

背景技术

被控对象数学模型的精确与否直接影响到实际的控制质量。系统模型除了包含未建模动态、未知参数以及随机(高斯/非高斯)干扰之外，还包括其他等价干扰变量和不同类型的系统噪声等多源干扰。这些因素会增加系统设计的难度，造成控制精度下降甚至失稳。因此，含多源干扰的不确定系统抗干扰控制问题是控制理论与应用领域的一个研究热点。

对于各种能量有界的随机干扰信号，人们提出了LQG(线性二次高斯)思想，可以使得干扰对控制器性能的影响最小。H_∞控制理论可以对系统参数不确定性部分进行抑制，输出调节理论是实现对外部扰动抑制的主要方法之一，该方法侧重于微分几何理论，但输出调节和H_∞理论涉及到偏微分矩阵方程的求解。有些方法的对象局限性比较大，例如扰动解耦方法很难推广到多变量系统。智能控制方法、非线性构造理论涉及的算法复杂，难以在线实现。此外，一些扰动抑制方法如鲁棒控制方法仅要求干扰满足能量有界，对某些特性已知干扰(如常值、谐波、导数有界等干扰)的特性分析不够详细，导致控制器设计带来较大保守性。自抗扰控制缺乏严格的理论证明，这也给自抗扰控制的参数调节带来不确定性。20世纪80年代末出现了基于干扰观测器控制(DOBC)的方法，DOBC利用观测器来代替内模控制器的作用，具有比输出调节理论更加灵活的方法和更加广泛的研究对象。对于非线性系统而言，DOBC方法可以避免偏微分方程的求解，提供容易在线整定的控制算法，且对闭环系统稳定性的证明比较容易。此外，DOBC方法具有非常灵活的控制结构。在根据对象的特性和干扰模型估计出干扰后，闭环系统的镇定和性能的改善可以对标称的对象(无干扰)利用和适当结合现有的先进控制方法(如鲁棒、变结构控制等)。目前，对于基于干扰观测器的控制方法仅考虑了一类针对常值、谐波等外部模型描述干扰、或导数有界、无模型等干扰的干扰观测器，而实际系统中往往会同时存在以上几种干扰(即多源干扰)，这就进一步增加了研究难度。单一干扰抑制方法(如H_∞控制、H₂控制、变结构控制等)或者保守性较大，难以实现高精度控制；或者对于被控对象和干扰模型要求严格，难以广泛应用。H₂和H_∞控制方法可以解决同时含有高斯白噪声和模型不确定性系统的控制问题，但对于具有已知特性的干扰采用干扰抑制，使得控制精度不高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对多源干扰控制系统，克服现有技术的不足，提出一种具有干扰抵消和抑制性能的复合分层抗干扰控制器设计方法；其中，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；H_∞性能指标抑制系统中的能量有界干扰；保成本性能指标抑制系统中随机干扰，并能优化方差的上界；同时使用凸优化算法求解复合分层抗干扰控制器增益阵；所设计方法解决了多源干扰控制系统的抗干扰控制器设计问题，提高了系统的控制精度。

本发明的技术解决方案为：一种复合分层抗干扰控制器，其实现步骤如下：

(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：