Исследователи добились точного отслеживания за конечное время при неисправностях исполнительных механизмов

Репортаж от Wedoany，Исследователи Kong Y Z, Wu X Q, Mao B и другие с помощью метода скользящего управления реализовали точное отслеживание за конечное время с гарантированными глобальными характеристиками для строго обратных нелинейных систем с неисправностями исполнительных механизмов, а также решили проблему неизвестного направления виртуального управления.

Отслеживание траекторий является фундаментальной задачей в области управления. Традиционные методы при работе со строго обратными нелинейными системами обычно могут гарантировать лишь асимптотическую сходимость или равномерную ограниченность ошибки отслеживания, что затрудняет удовлетворение требований высокоточного быстрого управления. Точное отслеживание за конечное время обладает такими преимуществами, как высокая скорость сходимости, высокая точность управления и высокая робастность, и имеет большой потенциал для применения в реальной инженерии. Неисправности исполнительных механизмов являются ключевым фактором, влияющим на надежность системы. Существующие методы отказоустойчивого управления, хотя и могут обрабатывать неопределенные нелинейные системы с неисправностями исполнительных механизмов, в целом лишены строгих гарантий переходных характеристик. Управление с заданными характеристиками, использующее воронкообразные функции для ограничения переходных и установившихся характеристик системы, сталкивается с трудностями при интеграции с отказоустойчивым управлением. В рамках строго обратных нелинейных систем разработка стратегии управления, которая одновременно обеспечивает точное отслеживание за конечное время, гарантирует заданные показатели характеристик и обладает отказоустойчивостью, требует преодоления ограничений традиционных методов на начальные условия, эффективной обработки неопределенностей в системе и обеспечения ограниченности всех сигналов замкнутого контура при точном отслеживании за конечное время.

Для решения вышеуказанных проблем данное исследование впервые с помощью метода скользящего управления реализовало точное отслеживание за конечное время с гарантированными глобальными характеристиками для строго обратных нелинейных систем с неисправностями исполнительных механизмов и успешно решило ключевую проблему неизвестного направления виртуального управления. Основные вклады включают: реализацию точного отслеживания за конечное время, в то время как существующие исследования обычно могут обеспечить лишь асимптотическое или ограниченное отслеживание; обработку проблемы неизвестного направления виртуального управления, что расширяет область применения схемы управления; предложенный метод преобразования ошибки tan-типа и функция, подобная функции Ляпунова, устраняют присущие традиционным методам управления ограничения на начальные условия и эффект поверхности ошибки, одновременно гарантируя глобальную ограниченность всех сигналов замкнутого контура.

Исследование подтвердило эффективность и превосходство метода с помощью численного моделирования. В эксперименте 1 на системе маятника без возмущений, по сравнению с методом, который может гарантировать лишь равномерную ограниченность ошибки, результаты показали, что предложенный контроллер обеспечивает сходимость ошибки отслеживания к нулю за конечное время при сохранении заданных характеристик, а выходной сигнал быстрее отслеживает опорный сигнал.

В эксперименте 2 на системе маятника с внешними возмущениями проводилось сравнение с существующим робастным контроллером. Результаты показали, что базовый метод может обеспечить лишь равномерную ограниченность ошибки отслеживания, в то время как предложенный контроллер, сохраняя ограничения заданных характеристик, за конечное время сводит ошибку отслеживания к нулю, демонстрируя лучшие переходные характеристики и более высокую скорость сходимости.

Результаты моделирования подтверждают, что предложенный контроллер при наличии неисправностей исполнительных механизмов, отказов компонентов и внешних возмущений обеспечивает точное отслеживание опорного сигнала за конечное время, причем скорость сходимости и перерегулирование превосходят существующие методы. Исследователи Kong Y Z, Wu X Q, Mao B и другие опубликовали статью в журнале «Science China Information Sciences» (английское название: Science China Information Sciences) под заголовком «Performance-guaranteed finite-time exact-tracking of strict-feedback systems with actuator faults».