[发明专利]一种大时滞非线性系统的多率采样控制方法、系统及应用

权利要求书

1.一种大时滞非线性系统的多率采样控制方法，其特征在于，所述大时滞非线性系统的多率采样控制方法包括：

推广加幂积分器方法，在无延迟情况下为每个子系统设计一个光滑的连续时间虚拟控制器以及相应的Lyapunov函数；

通过Lyapunov匹配准则求解能够在采样时刻保持连续控制系统性能的大时滞非线性系统的多率采样控制器；

通过离散时间预测器求解系统的预测状态并带入无延迟情况下的大时滞非线性系统的多率采样控制律；

所述大时滞非线性系统的多率采样控制方法在无延迟情况下，通过推广加幂积分器方法为每个子系统设计一个能够使之稳定的虚拟控制器和相应的Lyapunov函数V_i，i＝1,2,…,n；

所述大时滞非线性系统的多率采样控制方法通过推广的加幂积分器方法为系统的每个子系统设计了光滑的连续时间控制器，所针对的具有大输入时滞的高阶下三角非线性系统的动力学方程为：

这里x_i为第i个子系统的状态，同时又是第i-1个子系统的虚拟控制，τ是系统具有任意长度的输入延迟，显然存在和σ∈[0,δ)有τ＝Nδ+σ，p_i是系统的高阶幂，满足p₁≥p₂≥…≥p_n-1≥1且都是奇整数，由于高阶非线性项的存在导致该系统不能反馈线性化；

所述大时滞非线性系统的多率采样控制方法利用Lyapunov匹配准则构造一个具有幂级数形式的大时滞非线性系统的多率采样控制器根据代数方程组计算幂级数中的未知系数；

所述大时滞非线性系统的多率采样控制方法在每个长度为δ的采样区间上有多个实际的控制输入，对i＝1,2,…,n，每个子区间上的控制器u_ik具有幂级数形式：

其中l_ij(k)是未知系数，通过Lyapunov匹配准则来确定；采用u_ik的截断作为控制器的r阶近似解；通过使用Lie级数交换定理和比较原理知识，证明近似采样控制器实现闭环系统的实际稳定性；

所述大时滞非线性系统的多率采样控制方法利用Lyapunov匹配准则构造一个具有幂级数形式的大时滞非线性系统的多率采样控制器根据代数方程组计算幂级数中的未知系数；

所述大时滞非线性系统的多率采样控制方法根据离散时间预测器计算(k+N)δ+σ时刻的状态值z_k，带入得到能够补偿输入延迟的大时滞非线性系统的多率采样控制器

应用所述大时滞非线性系统的多率采样控制方法的欠驱动弱耦合的机械系统；

应用所述大时滞非线性系统的多率采样控制方法的单连杆机器人机械臂系统；

应用所述大时滞非线性系统的多率采样控制方法的航天飞行器控制系统；

应用所述大时滞非线性系统的多率采样控制方法的同步发电机控制系统；

所述的大时滞非线性系统的多率采样控制方法采用离散时间预测器来补偿任意长度的输入延迟，预测器的方程为

这里表示Lie级数算子且初始控制量γ_i(z_j),j＝-N,…,-2,-1,i＝1,2…,n由下面动态方程产生：

取z_k的一个截断z_k^[p]当做它p阶近似解，通过理论分析知预测状态的近似阶数只要等于控制器的近似阶数即可，即p＝r。

2.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1所述的大时滞非线性系统的多率采样控制方法。

3.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1所述的大时滞非线性系统的多率采样控制方法。

4.一种实施权利要求1所述大时滞非线性系统的多率采样控制方法的大时滞非线性系统的多率采样控制系统，其特征在于，所述大时滞非线性系统的多率采样控制系统包括：

控制器及函数设计模块，用于推广加幂积分器方法，在无延迟情况下为每个子系统设计一个光滑的连续时间虚拟控制器以及相应的Lyapunov函数；

大时滞非线性系统的多率采样控制器求解模块，用于通过Lyapunov匹配准则求解能够在采样时刻保持连续控制系统性能的大时滞非线性系统的多率采样控制器；

大时滞非线性系统的多率采样控制律预测模块，用于通过离散时间预测器求解系统的预测状态并带入无延迟情况下的大时滞非线性系统的多率采样控制律。