[发明专利]一种面向随机非线性系统的非同步滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种面向随机非线性系统的非同步滑模控制方法，本发明采取隐马尔可夫模型来解决滑模控制器设计中的异步问题。让表示控制器模态的同时跳变，代表其自发跳变。定义联合转移速率θsubgt;(i,μ)(j,μ)/subgt;，并得到描述滑模控制器模态与系统模态之间异步程度的速率形式，速率形式表述的优势在于联合转移速率涵盖了系统模态与滑模控制器模态同时跳变以及系统处于不变模态时的自发跳变，从而避免了条件概率模型中存在的在有限时间区间内无限跳变的机会。另外在此发明中所构造的滑模面是通过将模态依赖与输出反馈相结合的方式所得到的，其形式为同时在基于隐马尔可夫模型的基础上刻画了系统与滑模面的非同步关系。

技术领域

本发明涉及网络化控制技术领域，具体为一种面向随机非线性系统的非同步滑模控制方法。

背景技术

滑模控制是控制领域中一个重要的研究分支，广泛应用在机器人操纵、航空航天、污水处理系统等领域，但在实际的工程系统不可避免受到各种随机因素的影响，例如，网络系统容易由于传输延迟或带宽限制导致信息丢失，即系统的模态信息受到约束，这一情况也称之为异步问题。

对于随机非线性系统来说，当遇到这一类的异步问题时，首先想要采用滑模控制，然而现有的滑模控制方法对非线性、不确定性的系统不敏感、不鲁棒，在系统的模态信息受约束的条件下往往无法获得系统的准确状态，在通常情况下，会通过一系列的观察和处理系统的其他信息才能获取系统的准确状态，这样会导致系统状态信息获取不精确、无法观测的问题，因此，考虑在随机非线性系统的模态信息受到约束时如何处理一系列的控制问题是非常有必要的。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明提供了一种面向随机非线性系统的非同步滑模控制方法，解决在模态信息约束的条件下随机非线性系统的非同步控制问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向随机非线性系统的非同步滑模控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：构建具有匹配非线性扰动和马尔科夫跳变参数的系统；

步骤S2：采取隐马尔科夫模型描述滑模控制器模态与系统模态之间异步程度的转移速率θ_(i,μ)(j,μ)；

步骤S3：对所述具有匹配非线性扰动和马尔科夫跳变参数的系统进行异步滑模面设计，并计算异步滑模面的滑膜动态；

步骤S4：基于异步滑模面和滑膜动态，采用矩阵分解变换和Finsler引理，获得滑膜参数矩阵K(μ)；

步骤S5：根据获得的滑膜参数矩阵，设计滑模控制器，实现对所述具有匹配非线性扰动和马尔科夫跳变参数的系统的滑模控制。

优选地，所述具有匹配非线性扰动和马尔科夫跳变参数的系统的数学模型如下：

y(t)＝C(r_t)x(t)

其中，表示系统的状态向量，为系统的输出向量；w(t)∈L₂[0,+∞)表示以为界的外部扰动；表示接下来待设计的控制信号；{r_t}_t≥0为马尔科夫跳变参数。

优选地，对步骤S2中采取隐马尔科夫模型描述滑模控制器模态与系统模态之间异步程度的转移速率θ_(i,μ)(j,μ)的具体过程如下：

建立隐马尔可夫模型，表示控制器模态，考虑定义在集合V＝S×M上的隐马尔科夫模型让表示的同时跳变，代表自发跳变，接下来联合转移速率θ_(i,μ)(j,μ)可以被定义为

进一步有转移速率如下