状态变量增减的多模型平滑稳定切换控制方法技术

本发明专利技术公开一种状态变量增减的多模型平滑稳定切换控制方法，包括如下步骤：S1、将系统运动控制模型分解为多个子模型,构建运动控制模型集；S2、根据所述子模型的特征设置控制策略以及切换控制律；S3、根据运动系统各状态是否达到预期的控制品质要求判断是否进行切换；若达到要求，则不切换；若没有达到要求，则依据步骤S2中的切换策略进行切换。本发明专利技术先将系统运动控制模型分解为多个子模型,构建运动控制模型集，再根据所述子模型的特征设置控制策略和切换控制律，从而能有效解决切换前后由于状态变量的增减而引起的抖动现象，且便于实施和验证，并有效减少切换过程的计算量，提高切换系统切换过程的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人控制
，具体涉及一种状态变量增减的多模型平滑稳定 切换控制方法。
技术介绍
多模型切换控制法是一种处理非线性复杂系统的有效方法，此控制方法将复杂系 统的控制问题简化为多个子问题处理，简化控制设计过程。多模型切换控制法是通过将复 杂系统控制模型分解为多个子模型，各子模型设置对应控制策略，各控制策略根据系统运 行状况通过切换策略进行相互转换。然而，在转换过程中极易发生控制器输出的抖动、系统 不稳定等不良控制效果，为了解决此类问题，切换策略的设置至关重要。多模型控制策略在 各子模型切换中出现的抖动现象，如图1所示。切换控制策略主要用于消弱各子模型切换 过程的抖动现象，引入切换策略后我们期望的控制器输出，如图2所示。此抖动现象是系统 控制执行机构频繁变化引起的，在运动控制领域表现为控制执行机构主要是电机转速不稳 定，在电力系统中表现为电弧现象，在医药领域表现为药理对人体病毒的控制能力不稳定 等。这些现象都是不期望现象，抖动极易引起电机的烧毁、电弧易造成人体伤亡，在医药方 面药剂的不稳定性对人体损害是不可估量的。目前，关于多模型控制算法中切换策略的设置多局限于系统参数变化、维数并不 发生改变的前提条件下进行分析研究，对于各子模型状态变量不一致的多模型，多采用将 其统一规划为最高维状态空间下，即在相同维数下分析切换策略的构建，这将会增加切换 策略设计的复杂性，不可避免的导致切换过程的计算量，给切换系统稳定性验证增加一定 难度，较难从本质上消弱切换过程的抖动问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决上述现有技术中的问题，提供一种能有效解决切换前后由 于状态变量的增减而引起的抖动现象，且便于实施和验证，并有效减少切换过程的计算量， 提高切换系统切换过程的稳定性的。 为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下： 一种，包括如下步骤： 51、 将系统运动控制模型分解为多个子模型，构建运动控制模型集； 52、 根据所述子模型的特征设置控制策略以及切换控制律； 53、 根据运动系统各状态是否达到预期的控制品质要求判断是否进行切换；若达到要 求，则不切换；若没有达到要求，则依据步骤S2中的切换控制律进行切换。 进一步地，设切换系统表达式为：设模型切换顺序为从模型變切换到％记作_識_^:(其中·表切换的方向），切换 后系统状态空间发生变化，由状态向量空间_换到向量空间即系统从某一运动控制模 式切换为另一运动控制模式后系统状态变量发生变化； 定义1:若表达式（1)中，当系统由模型^切换到模型％后，系统的状态向量空间· 包含于状态向量空间:寒即戮二，切换后的状态向量空间A包含于向量空间?麵 ，切换后的状态空间在原状态空间的基础上扩展，则称为状态变量增加的多模型切换； 定义2:若表达式（1)中，当系统由模型切换到模型^^后，为状态变量增加的多模 型逆向切换，即切换后的状态空间在原状态空间的基础上缩减，则称为状态变量减少的多 模型切换； 所述步骤S2中需根据所述定义1和定义2判断切换过程是状态变量增加的多模型切 换或是状态变量减少的多模型切换； 若切换过程是状态变量减少的多模型切换，设切换前的子模型为：切换后子模型为：设模型:漏丨:的控制律可分解为：模型__的控制律为： 则所述控制策略中加权多模型切换控制律其中，加权因子r为预期切换时间； 若切换过程是状态变量增加的多模型切换，设切换前的子模型为：切换后子模型为：设模型:漏纟的控制律可分解为：模型麵的控制律为： 勺控制参数 则所述控制策略中加权多模型切换控制律 其中，加权因子r为预期切换时间。 进一步地，所述步骤S2中还需验证所设置的控制策略能保证运动系统稳定运行。 进一步地，若切换过程是状态变量减少的多模型切换，所述状态变量减少的多模 型切换系统需具有共同Lyapunov函数。 进一步地，切换系统各子系统应满足如下两条件： 存在两正定对称矩阵：寻觸，满足_; 存在正定矩阵纖，满互............._...........。 进一步地，若切换过程是状态变量增加的多模型切换，所述状态变量增加的多模 型切换系统需具有共同Lyapunov函数。 进一步地，切换系统各子系统应满足如下两条件： 存在正定函数$ : :: :: : 且有; 存在正定矩阵与正定矩阵，满足且 进一步地，各个子模型间至少要有一个状态变量相互关联。 进一步地，若切换过程为控制模型参数的变化，设切换前的子模型为：切换后子模型为：设模型灘丨的控制律可分解为：模型:瞧:的控制律为： %控制参数 则所述控制策略中加权多模型切换控制律;:，其中，加权因弓为预期切换时间。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术先将系统运动控制模型分解为多个 子模型，构建运动控制模型集，再根据所述子模型的特征设置控制策略，从而能有效解决 切换前后由于状态变量的增减而引起的抖动现象，且便于实施和验证，并有效减少切换过 程的计算量，提高切换系统切换过程的稳定性。【附图说明】 图1为现有技术中切换过程不期望控制器输出示意图。 图2为系统切换过程期望的控制器输出示意图。 图3为本专利技术中控制方法流程示意图。图4为现有技术中直接切换下的多模型切换输出曲线图。图5为本专利技术中基于状态变量减少的多模型切换输出曲线图。 图6为现有技术中直接切换下多模型切换输出曲线图。 图7为本专利技术中基于状态变量增加的多模型切换输出曲线图。【具体实施方式】 以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明 书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。 如图3所示，本专利技术提供一种，包 括如下步骤： 51、 将系统运动控制模型分解为多个子模型，构建运动控制模型集； 52、 根据所述子模型的特征设置控制策略以及切换控制律； 53、 根据运动系统各状态是否达到预期的控制品质要求判断是否进行切换；若达到要 求，则不切换；若没有达到要求，则依据步骤S2中的切换控制律进行切换。 本专利技术先将系统运动控制模型分解为多个子模型，构建运动控制模型集，再根据 所述子模型的特征设置控制策略，从而能有效解决切换前后由于状态变量的增减而引起的 抖动现象，且便于实施和验证，并有效减少切换过程的计算量，提高切换系统切换过程的稳 定性。 本专利技术提出了非完全同态多模型与状态变量增减的多模型切换的两条定义： 设切换系统表达式为：设模型切换顺序为从模型_切换到A记作:If喊:喔其中轉表切换的方向），切换 后系统状态空间发生变化，由状态向量空间换到向量空间嫌，即系统从某一运动控制模 式切换为另一运动控制模式后系统状态变量发生变化； 定义1 :若表达式1中，当系统由模型軟切换到模型:麵后，系统的状态向量空间_包 含于状态向量空间爾即，切换后的状态向量空间包含于向量空间:__二_， 切换后的状态空间在原状态空间的基础上扩展，则称为状态变量增加的多模型切换；如式 2,子模型*与子模型:魏;的状态空间分别为2维与3维模型，若两子模型间的切换即为状 态变量增加的多模型切换。定义2 :若表达式1中，当系统由模型:换到模型后，为状态变量增加的多模型 逆向切换，即切换后的状态空间在原状态空间的基础上缩减，则称为状态变量减少的多模 型切换；如式2,由;_|切换到。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种状态变量增减的多模型平滑稳定切换控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将系统运动控制模型分解为多个子模型,构建运动控制模型集；S2、根据所述子模型的特征设置控制策略以及切换控制律；S3、根据运动系统各状态是否达到预期的控制品质要求判断是否进行切换；若达到要求，则不切换；若没有达到要求，则依据步骤S2中的切换策略进行切换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周焕银，刘金生，汪志诚，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36