一種非線性系統的模糊重復輸出控制器及其控制方法技術方案
Fuzzy repetitive output controller for nonlinear system and control method thereof
The invention relates to a nonlinear fuzzy system output repetitive controller and control method thereof, comprising a repetitive control module, fuzzy state feedback gain module and system module is improved, which improved the output variable repetitive control module receives the nonlinear system filtering and delay processing, the output variable is sent to the state feedback gain module; state feedback regulation of output module the repetitive control module, and the compensation of the output variables, the state feedback gain module to the fuzzy system module, the repetitive control module and fuzzy system module combine to form fuzzy nonlinear system repeated output controller. Periodic tracking control problem of the fuzzy model is first applied to the nonlinear system, the T S fuzzy control and repetitive control are combined to form a new high performance control method based on repetitive controller design of fuzzy observer on the actual system fuzzy premise of unmeasured variables considered among them, the design of a more comprehensive.
【技術實現步驟摘要】
一種非線性系統的模糊重復輸出控制器及其控制方法
本專利技術涉及一種自動控制
，具體涉及一種非線性系統的模糊重復輸出控制方法。
技術介紹
在現代工業發展進程中，自動控制技術已經廣泛應用于人類生活的各行各業。而一些類似于噴涂、采集的工作往往需要不斷重復的進行，這類簡單的線性系統可以通過重復控制來達到對周期性擾動信號的跟蹤或抑制。然而實際物理系統和工業過程比較復雜，這種非線性系統很難通過傳統的適用于線性系統的方法來建立精確地數學模型。Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型利用非線性模糊隸屬度函數，在局部區域用多個線性時不變模型來近似表示非線性系統。T-S模型可以通過線性系統理論直接分析系統性能，從而降低系統復雜性。模糊系統的前提變量并不是全部可以測量的，設計基于觀測器的T-S模糊系統來估計當前系統狀態，可以減小系統誤差。然而這些方法都有一定的局限性，得到的結果也具有一定的保守性。
技術實現思路
針對現有技術中控制方法存在消除或跟蹤非線性系統的周期性擾動信號具有很大局限性等不足，本專利技術要解決的技術問題是提供一種具有穩定性高、魯棒性強、能快速并準確跟蹤或消除周期性擾動信號的非線性系統的模糊重復輸出控制方法，本專利技術以Buck變換器為例，將Buck變換器動態方程抽象成非線性系統，用本專利技術提出的一種非線性系統的模糊重復輸出控制器及其控制方法，來快速并準確跟蹤或消除Buck變換器產生的諧波。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是：本專利技術一種非線性系統的模糊重復輸出控制器，包括改進重復控制模塊、狀態反饋增益模塊以及模糊系統模塊，其中改進重復控制...
【技術保護點】
一種非線性系統的模糊重復輸出控制器，其特征在于：包括改進重復控制模塊、狀態反饋增益模塊以及模糊系統模塊，其中改進重復控制模塊接收非線性系統的輸出變量進行濾波和延時處理，輸出變量送至狀態反饋增益模塊；狀態反饋增益模塊調節重復控制模塊的輸出，并對其進行補償，狀態反饋增益模塊的輸出變量送至模糊系統模塊，將重復控制模塊和模糊系統模塊結合起來，形成非線性系統的模糊重復輸出控制器。
【技術特征摘要】
1.一種非線性系統的模糊重復輸出控制器，其特征在于：包括改進重復控制模塊、狀態反饋增益模塊以及模糊系統模塊，其中改進重復控制模塊接收非線性系統的輸出變量進行濾波和延時處理，輸出變量送至狀態反饋增益模塊；狀態反饋增益模塊調節重復控制模塊的輸出，并對其進行補償，狀態反饋增益模塊的輸出變量送至模糊系統模塊，將重復控制模塊和模糊系統模塊結合起來，形成非線性系統的模糊重復輸出控制器。2.按權利要求1所述的非線性系統的模糊重復輸出控制器，其特征在于：還具有狀態觀測器模塊，其將非線性系統的輸出反饋做為參考輸入量送入改進重復控制模塊，以跟蹤當前系統狀態，消除系統中周期性擾動。3.按權利要求1所述的非線性系統的模糊重復輸出控制器，其特征在于：改進重復控制模塊包括周期延時子模塊和低通濾波器，其中周期延時模塊將系統的輸入變量進行延時處理，再經低通濾波器濾除高頻信號，使得改進重復控制系統的狀態反饋跟蹤誤差小于或等于整個反饋控制系統。4.按權利要求1所述的非線性系統的模糊重復輸出控制器，其特征在于：狀態反饋增益模塊包含重復控制器增益子模塊、狀態觀測器反饋增益子模塊，其中，重復控制器增益子模塊接收改進重復控制模塊的輸出，以調節重復控制模塊中低通濾波器的狀態變量和輸入改進重復控制模塊的跟蹤誤差；狀態觀測器反饋增益子模塊接收狀態觀測器模塊的狀態估計量，以根據狀態觀測器模塊狀態變量調節整個反饋系統的狀態，從而能控制整個系統。5.一種非線性系統的模糊重復輸出控制方法，其特征在于包括以下步驟：根據工業生產中遇到的實際物理系統是具有多變量輸入輸出、不確定時滯和擾動項特點的復雜系統，將上述復雜系統抽象出動態數學方程并建立非線性數學模型；針對上述非線性數學模型，設計i條模糊規則，該非線性數學模型在多條模糊規則下用多個線性模型來表示，形成Takagi-Sugeno模糊模型；針對實際Takagi-Sugeno模糊系統中前提變量不可測量的問題，設計狀態觀測器來觀測系統狀態；建立一個改進重復控制系統，消除或跟蹤周期性擾動；比較系統狀態量(來自模糊系統模塊，相當于一個實際系統的狀態量，將模糊化后，系統狀態量存在于模糊系統模塊中，數學表達式為x(t))和狀態觀測估計量(來自狀態觀測器模塊，數學表達式為)，在狀態反饋增益模塊中設計基于狀態觀測器模塊的模糊重復控制器，結合狀態反饋增益模塊輸入量形成模糊重復控制器，使系統狀態估計誤差趨近于0，跟蹤或消除系統中周期性擾動，使得系統閉環穩定。6.按權利要求5所述的非線性系統的模糊重復輸出控制方法，其特征在于：比較系統狀態量和狀態觀測估計量，在狀態反饋增益模塊中設計基于觀測器的模糊重復控制器包括以下步驟：設計模糊重復控制器u(t)；定義狀態估計誤差為系統狀態量和狀態觀測器對系統狀態估計量之差，即動態誤差；定義增廣系統狀態，得增廣閉環系統；確定Lyapunov函數V(t)，通過確定新的狀態集合增廣矩陣，引入Schur補引理，并設定可行的假設，得到模糊重復控制器存在的充分條件，再根據Lyapunov函數對時間的導數小于0，得到充分條件的可行性，從而確定閉環系統的穩定。根據模糊重復控制器存在的充分條件，進行轉化，根據LMI不等式求解控制器得到基于狀態觀測器的控制增益和重復控制增益以及觀測器增益Li，為狀態觀測器模塊對系統狀態x(t)的狀態估計量。7.按權利要求6所述的非線性系統的模糊重復輸出控制方法，其特征在于設計模糊重復控制器u(t)和動態誤差假設所有模糊子系統中有相同的輸出矩陣，即C1＝C2＝...Cr＝C，則模糊重復控制器u(t)設計為：其中，為基于觀測器的控制增益，為重復控制增益，為系統控制器關聯增益，為前提變量存在下r個模糊規則下歸一化后的隸屬函數，為基于觀測器狀態的前提變量，為狀態觀測器模塊對系統狀態的狀態估計量，v(t)為改進重復控制模塊的輸出，x(t)為整個系統狀態變量，為狀態估計誤差，xm(t-T)為低通濾波器上一周期的狀態量，t為時間量，T為延時周期，i為規則編號，r為模糊規則的數量，C1為第1條模糊規則下的輸出矩陣，C2為第2條模糊規則下的輸出矩...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王迎春，王蕊，楊東升，會國濤，付國慶，齊格，任瀟雅，任妍，谷永強，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21
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