一种切换信号固定的切换系统自适应调节方法及相关装置

本发明涉及切换系统自适应调节领域，特别是涉及一种切换信号固定的切换系统自适应调节方法及相关装置。

背景技术：

1、在实际工程中，许多被控对象都可以用切换系统来描述。例如精密制造领域中的双峰系统、电力电子领域中的蔡氏电路系统。因此，切换系统的自适应输出调节控制技术引起了广泛关注，成为机械、电力等领域中不可或缺的角色。

2、相比于单个线性系统的输出调节问题，切换系统的输出调节问题更加困难。这是因为切换系统的矢量场不连续、非光滑导致的。为了解决上述问题，许多国内外学者开展了一系列关于切换系统自适应输出调节的研究工作，并取得了卓有成效的研究成果。

3、现有的改进切换系统方案的共性是通过切换律与控制律协同设计的方法来实现切换系统的自适应输出调节。而这些控制方法都只适用于切换信号可设计的情况，当系统的切换信号不可设计时，切换系统的控制器设计会由于丢失了切换信号可设计的自由度而变得更加困难，以前的控制方法不再适用。因此，研究具有切换律固定下的切换系统自适应输出调节方法是现有控制技术中亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种切换信号固定的切换系统自适应调节方法及相关装置，可实现切换律固定下的切换系统自适应输出调节。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一方面，本发明提供了一种切换信号固定的切换系统自适应调节方法，包括：

4、根据外部扰动设计带通滤波器，并结合自适应参数的数量构建滤波器模块。

5、基于切换李雅普诺夫函数理论根据外部扰动计算状态观测增益矩阵，并基于所述状态观测增益矩阵和状态反馈增益矩阵构建基控制模块。

6、根据参数自适应算法中协方差矩阵的初始值和遗忘算子，计算当前时刻的协方差矩阵。

7、依据当前时刻的协方差矩阵，确定下一时刻的自适应参数。

8、将所述自适应参数输入到所述滤波器模块中，得到滤波输出结果。

9、根据被控切换系统当前时刻的系统输出和自适应参数，计算被控切换系统下一时刻的状态观测量。

10、将所述滤波输出结果和被控切换系统当前时刻的状态观测量输入到基控制模块中，计算得到控制输入。

11、根据所述控制输入驱动所述被控切换系统，克服外部扰动对被控切换系统的影响。

12、可选地，所述滤波器模块通过下式表示：

13、

14、其中，qi表示滤波器模块，xq(k+1)为滤波器模块k+1时刻的状态向量，aq为滤波器模块的系统矩阵，bq为滤波器模块的输入矩阵，y(k)为被控切换系统k时刻的系统输出，为被控切换系统k时刻的系统输出观测量，yq(k)为滤波输出结果，为滤波器模块的输出矩阵。

15、可选地，所述状态观测增益矩阵如下式所示：

16、

17、其中，li状态观测增益矩阵，和是第一正定矩阵和第二正定矩阵，上标t代表矩阵的转置。

18、所述第一正定矩阵和所述第二正定矩阵满足以下线性矩阵不等式：

19、

20、其中，α1、β1和∈1均为大于0小于1的系数，μ1为大于0的系数，d(k)为窄带扰动，ki为状态观测增益矩阵，为被控切换系统的扰动输入矩阵，bi为被控切换系统的控制输入矩阵，di为被控切换系统的扰动输出矩阵，ci为被控切换系统的输出矩阵，均为待求正定矩阵，i为单位矩阵，π11、π14、π22、π25和π35为中间矩阵。

21、根据下式计算π11：

22、

23、根据下式计算π14：

24、

25、根据下式计算π22：

26、

27、根据下式计算π25：

28、

29、根据下式计算π35：

30、

31、可选地，基控制模块通过下式表示：

32、

33、其中，ji表示基控制模块，为被控切换系统k时刻的状态变量观测值被控切换系统，ai为被控切换系统的状态矩阵，u(k)为被控切换系统的控制输入。

34、可选地，状态反馈增益矩阵如下式所示：

35、

36、其中，ki状态反馈增益矩阵，和是第三正定矩阵和第四正定矩阵。

37、第三正定矩阵和第四正定矩阵满足以下线性矩阵不等式：

38、

39、其中，α2和∈2均为大于0小于1的系数，上标t代表矩阵的转置。

40、可选地，根据下式计算协方差矩阵：

41、

42、其中，p(k)为协方差矩阵，λ(k)为遗忘算子，ψ(k)为回归变量向量。

43、根据下式计算回归变量向量：

44、

45、其中，φ(z-1)为带通滤波器，为第二传递函数，为第三传递函数。

46、第二传递函数通过下式表示：

47、

48、第三传递函数通过下式表示：

49、

50、可选地，根据下式确定自适应参数：

51、

52、其中，proj{·}为投影算子，为k+1时刻的自适应参数，为k时刻的自适应参数，为k+1时刻的修正性能变量。

53、另一方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现前文所述的一种切换信号固定的切换系统自适应调节方法的步骤。

54、另一方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现前文所述的一种切换信号固定的切换系统自适应调节方法的步骤。

55、另一方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现前文所述的一种切换信号固定的切换系统自适应调节方法的步骤。

56、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

57、本发明提供了一种切换信号固定的切换系统自适应调节方法及相关装置，方法包括以下步骤：根据外部扰动设计带通滤波器，并结合自适应参数的数量构建滤波器模块，基于切换李雅普诺夫函数理论确定状态观测增益矩阵和状态反馈增益矩阵，并根据状态观测增益矩阵和状态反馈增益矩阵构建基控制模块。根据参数自适应算法中协方差矩阵的初始值和遗忘算子，计算当前时刻的协方差矩阵，并确定下一时刻的自适应参数，将自适应参数输入到滤波器模块中，得到滤波输出结果，根据被控切换系统当前时刻的系统输出和自适应参数，计算被控切换系统下一时刻的状态观测量，利用基控制模块计算得到控制输入，以此驱动被控切换系统，克服外部扰动对被控切换系统的影响。本发明对传统通过切换律及控制律协同设计的方法进行分析，进一步考虑了切换信号不可设计下的切换系统输出调节问题，利用youla参数化方法对切换系统的稳定控制器集进行了参数化框架表征，实现了扰动抑制直接控制框架的搭建，利用切换李雅普诺夫函数理论，设计了受线性矩阵不等式约束的基控制模块，克服了传统方法的双线性矩阵不等式约束条件，从而提高了控制器的计算效率，更利于实际应用。