[发明专利]一种基于混合系统的自适应优化控制方法

说明书

技术领域

本发明属于机电控制技术领域，具体涉及一种基于混合系统的自适应优化控制方法。

背景技术

在伺服系统、智能交通系统、电动汽车系统、电力系统、机器人控制系统等混合系统控制中，由于同时包含连续和离散两种变量，并且混合系统需要在不同子系统中切换，导致系统的参数经常发生跳变，对响应速度、精度和稳定性等控制性能产生很大影响。此外，现实中混合系统通常存在一定的不确定性。因此，如果在控制过程中不能准确得到系统模型，很难实现理想的优化控制效果。

传统自适应优化方法可以通过观测器对非混合系统模型参数进行实时估计，实现优化控制。但是，在混合系统中，参数突变将使自适应调节的时间大大加长，导致瞬态性能恶化；连续和离散两种变量的同时存在，使传统优化理论难以适用于混合系统。

发明内容

有鉴于此，针对混合系统优化问题不易解决，本发明提出一种基于混合系统的自适应优化控制方法来改善自适应过程，该方法能够有效提高混合系统的控制性能，克服系统的不确定性，实现对模型未知混合系统的优化控制。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于混合系统的自适应优化控制方法，具体过程为：

(1)在[t₀ t_l]上，初始化控制输入为为系统稳定增益，且初始值已知，ρ为探测信号，x表示状态变量值，且初始值已知，v∈{1,2…N}表示混合系统中子系统的编号；

根据当前时刻t_l-1的状态变量，计算出μ^v并输入至混合系统中，得到下一时刻t_l的状态变量，其中初始时l＝1；

根据当前时刻和下一时刻的状态变量，计算ξ_xx，γ_xx，直到满足式(9)条件；

其中，x₁x₂,…,x_n表示状态变量，n表示状态变量个数，m表示控制输入变量的个数，l₀表示正数；

令i＝0；

(2)利用等式(8)计算和

其中，Q^v和R^v表示正定对称矩阵，I_n表示单位矩阵；

与P^v中的元素存在如下关系

其中，表示P^v的第i行第j列的元素；

基于上述关系，根据所述计算

(3)令i←i+1,重复步骤(2)直至对于i>1,满足条件ε为设定较小的正数；将此时计算的记为最优K^v，将记为最优P^v；

(4)利用确定下一时刻工作子系统的编号，利用所确定的子系统对应的K^v计算μ^v＝-K^vx作为近似最优控制输入，实现对混合系统的自适应控制。

进一步地，本发明由当前时刻工作子系统切换到由步骤(4)确定的子系统的切换时刻的约束为：

将满足式(11)时的切换时刻定义为最佳切换时刻，其中符号i_k表示当前时刻工作的子系统编号，符号i_k+1表示确定的下一时刻工作的子系统编号。

有益效果

本发明将整个控制方法包括无模型在线优化控制算法和切换机制两部分。无模型在线优化控制算法可以得到混合系统的最优控制输入；切换机制用来评判给出混合系统中各子系统的工作顺序和最佳切换时刻；该方法不需要知道关于系统不确定性的先验知识，不需要准确的系统模型，能够很好的实现对模型未知混合系统的自适应优化控制，很好的克服了模型未知等不确定因素对混合系统优化控制的影响。

附图说明

图1为基于混合系统的自适应优化控制算法结构图。

图2为MATLAB仿真系统状态轨迹图。

图3为MATLAB仿真系统状态相位图。

图4为MATLAB仿真最优性能指标图。

图5为MATLAB仿真最优控制输入轨迹图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

某混合系统的数学模型可描述为