[发明专利]含故障和异质执行器的单一自适应模糊动态面控制系统

说明书

本发明提供了一种含故障和异质执行器的单一自适应模糊动态面控制系统。该系统包括：n‑1个虚拟控制器、真实控制器、执行器和模糊系统自适应单元，第个虚拟控制器由一阶滤波器、微分器、比较器、比例控制器、逼近器和求和器构成，真实控制器包括：三个比较器、求和器、一阶滤波器、微分器、三个比例控制器、逼近器、放大器和自动切换单元。第n‑1个虚拟控制器的输出与第n‑1个一阶滤波器相连，第n‑1个一阶滤波器输出信号与真实控制器相连，真实控制器与被控系统的输入端相连。本发明的系统不仅回避了传统反步设计框架下的“复杂度爆炸”和“维数灾”问题，还能够在部分执行器故障、异质执行器的运行条件下保证系统的稳定运行。

技术领域

本发明涉及模糊自适应控制技术领域，尤其涉及一种含故障和异质执行器的单一自适应模糊动态面控制系统。

背景技术

反步法(Backstepping)是一种将复杂高阶非线性系统分解成不超过系统阶数个数的子系统，并从系统输出量的动态特性开始，结合李雅普诺夫稳定性和中间虚拟控制信号，逐步反步推导出系统的控制律；模糊系统具有平行处理和函数逼近的能力，结合自适应调整权值的特性，模糊自适应被广泛应用于具有不确定系统特性的非线性系统的控制设计。近年来，结合该两种技术的优点，基于反步法的模糊自适应控制受到广泛的研究与发展。然而，基于反步法的模糊自适应控制存在两个制约广泛实际工程应用的缺陷，即“复杂度爆炸”和“维数灾”问题。“复杂度爆炸”是由于在反步设计过程中，每一步设计的虚拟控制律的导数信息要在下一步的设计中应用，随着系统阶数的增加，使得最终得到的真正控制律结构复杂度异常复杂，不利于工程应用；模糊系统的函数逼近能力依赖于模糊规则的个数，而模糊规则数过大则导致模糊权值在高维空间的在线调节参数个数过大，则导致计算量过大，函数逼近能力受计算资源限制，即为“维数灾”问题。为了克服上述难题，美国德克萨斯A&M大学D.Swaroop等提出了DSC(Dynamic Surface Control，动态面控制)技术，在每个虚拟控制器之后增加一阶滤波器，用滤波输出信号用于下一步的控制设计，避免了由对虚拟控制微分而造成的“复杂度爆炸”问题；清华大学DaoXiang Gao学者将模糊技术引入到DSC框架中，解决了系统含未知函数的在线逼近控制问题。然而，上述技术的均为单入单出非线性系统，而实际中的被控系统均装备不同种类的执行装置，即异质执行器，且执行器还存在未知时间发生故障的情形，上述技术不能直接应用于异质执行器的容错控制；且基于模糊系统的DSC技术存在“维数灾”难题，加重系统的计算量，制约了算法的实际应用。

发明内容

本发明的实施例提供了一种含故障和异质执行器的单一自适应模糊动态面控制系统，不仅回避了传统反步设计框架下的“复杂度爆炸”和“维数灾”问题，还能够在部分执行器故障、异质执行器的运行条件下保证系统稳定运行的单一自适应模糊动态面控制方法。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种含故障和异质执行器的单一自适应模糊动态面控制系统，包括：

n-1个虚拟控制器、1个真实控制器、执行器和模糊系统自适应单元，n为系统阶数；

第一个虚拟控制器包括：比较器、微分器、比例控制器、逼近器和求和器，第个虚拟控制器由一阶滤波器、微分器、比较器、比例控制器、逼近器和求和器构成，所述真实控制器包括：三个比较器、求和器、一阶滤波器、微分器、三个比例控制器、逼近器、放大器和自动切换单元构成；