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针对一类有限时间区间上具有可重复性的BIBo稳定的一阶线性时变系统,将模型参考自适应辫识方法与迭代学习相结合,提出了模型参考自适应迭代学习的参数辫识算法。利用模型参考自适应辫识方法得到时变系统参数辫识结构,针对系统可重复的特点,基于Lyapun、方法得到时变参数的迭代学习律。该算法可以辫识快时变的参数,而不需要参数时变结构的信息,并可保证参数估计误差和模型输出误差有界,且沿迭代轴逐点收敛。分析了参数收敛到真值的条件,系统仿真验证了辫识算法的有效性。
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一类线性时变系统模型参考自适应迭代学习辨识
郭 海
1
袁
郭 毓
2*
渊1.
南通大学现代教育技术中心
袁
江苏南通
226019曰 2.
南京理工大学自动化学院
袁
江苏南京
210094冤
摘 要
院
针对一类有限时间区间上具有可重复性的
BIBO
稳定的一阶线性时变系统
袁
将模型参考自适应辨识方法
与迭代学习相结合
袁
提出了模型参考自适应迭代学习的参数辨识算法
.
利用模型参考自适应辨识方法得到时变系
统参数辨识结构
袁
针对系统可重复的特点
袁
基于
Lyapunov
方法得到时变参数的迭代学习律
.
该算法可以辨识快时
变的参数
袁
而不需要参数时变结构的信息
袁
并可保证参数估计误差和模型输出误差有界
袁
且沿迭代轴逐点收敛
.
分析了参数收敛到真值的条件
袁
系统仿真验证了辨识算法的有效性
.
关键词
院
线性时变系统
曰
模型参考自适应
曰
迭代学习辨识
曰 Lyapunov
函数
中图分类号
院 TP273
文献标志码
院 A
文章编号
院 员远苑猿原圆猿源园渊圆园园9冤园4原园园园员原园9
ModelReferenceAdaptiveIterativeLearningIdentificationforaClass
ofLinearTime-VaryingSystems
GUOHai
1
,GUOYu
2*
(1.ModernEducationalTechnologyCentre,NantongUniversity,Nantong226019,China;2.SchoolofAutomation,
NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094,China)
Abstract: Amodelreferenceadaptiveiterativelearningidentificationalgorithmisproposedforaclassoffirstorder
lineartime-varyingsystemswhichareBIBOstableandrepeatableinfinitetimeinterval.Theidentificationstructure
ofthetime-varyingsystemisobtainedbycombiningthemodelreferenceadaptiveidentificationapproachwithitera鄄
tivelearning.Basedontherepeatabilityofthesystem,theiterativelearninglawfortime-varyingparametersisgiven
bymeansofLyapunovmethod.Rapidlytime-varyingparameterscanbeidentifiedwithoutinformationaboutthe
time-varyingstructureofunknownparameters.Theboundednessandpointwiseconvergencealongtheiterationhori鄄
zoncanbeguaranteedfortheparametererrorsandoutputtrackingerrors.Theconditionthattheparametersconverge
tothetrueparametersisanalyzed.Theeffectivenessofthealgorithmisdemonstratedbysimulations.
Keywords: lineartimevaryingsystem;modelreferenceadaptation;iterativelearningidentification;lyapunovfunction
0
引 言
在实际工程应用中
袁
参数时变的现象时常发生
.
在诸如航天
尧
过程控制以及机器人等实际控制问题
收稿日期
院 2009-10-11
基金项目
院
国家自然科学基金资助项目
渊60174019袁 60474034冤
作者简介
院
郭 海
渊1971要冤袁
男
袁
工程师
.
*
通讯联系人
院
郭 毓
渊1964要冤袁
女
袁
教授
袁
博导
袁
主要从事学习控制
尧
智能控制
尧
机器人控制等方面的研究
.E-mail院 auto1002@mail.njust.
edu.cn
南通大学学报
渊
自然科学版
冤
允燥怎则灶葬造燥枣晕葬灶贼燥灶早哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠渊晕葬贼怎则葬造杂糟蚤藻灶糟藻 Edition冤
灾燥造援 8 晕燥援 4
Dec援圆园园9
第
8
卷第
4
期
圆园园9
年
12
月
南通大学学报
渊
自然科学版
冤
圆园园9
年
南通大学学报
渊
自然科学版
冤
圆园园9
年
南通大学学报
渊
自然科学版
冤
圆园园9
年
南通大学学报
渊
自然科学版
冤
圆园园9
年
南通大学学报
渊
自然科学版
冤
圆园园9
年
中
袁
系统工作条件的变化常常会引起系统参数的变化
.
特别地
袁
在某些特殊场合
袁
还需要辨识在有限时间
区间上运行的动力学系统的时变参数
袁
如在外弹道学中
袁
弹丸质点运动方程中的阻力系数等
.
早在
1974
年
袁 L俟ders
和
Narendra
等就研究了线性时不变系统参数辨识问题
袁
提出了模型参考自适应
辨识方法
[1]
袁
采用
Lyapunov
方法得到使系统稳定的参数自适应调节律
.
对于线性时变系统的研究
袁
早期主
要是按线性时不变系统来处理
袁
即将对象看作是慢时变对象
袁
其参数的变化则当作未知扰动
袁
虽然这样的
处理可以简化系统稳定性分析
袁
但对被控对象参数变化的速度有很大限制
[1-2]
.
上世纪八九十年代
袁
许多
学者将线性时不变系统的模型参考自适应控制
渊MRAC冤
引入线性时变系统中
袁
取得一些成果
袁
其中以
Ioannou
研究小组的研究成果最为突出
[3-8]
.Tsaklis
和
Ioannou
[3-4]
提出了当时变参数已知时的模型参考控制系统的新
结构及控制律
袁
对快时变的对象也能够实现跟踪
.
在系统参数未知且慢时变
袁
或者系统参数可分为变化规
律已知的快时变部分和变化规律未知的慢时变部分的乘积的假设下
袁
文献
[3-4]
提出的
MRAC
可以保证信
号有界
袁
并使跟踪误差幅值限制在与对象参数变化率相当的程度上
.
可惜该算法对于参数未知且快时变的
线性系统
袁
还没有有效的参数估计方法
.
文献
[8-11]
将参数非结构化时变当作不确定性扰动处理
袁
对线性
时变系统提出了多种鲁棒自适应控制算法
袁
一定程度上解决了时变参数不确定性的问题
.
但由于这些参数
辨识算法都是一个沿时间轴的逼近过程
袁
无法从本质上突破对时变参数变化速度的限制
袁
更无法解决有
限时间区间上快时变系统的参数辨识问题
.
显然
袁
对参数时变结构未知的线性时变系统
袁
如何突破对参数
变化速度的限制
袁
是时变系统建模与控制需要解决的重要问题
.
另一方面
袁
在迭代学习控制领域
袁
针对在有限区间上具有可重复性的时变系统
袁
英国的
Frueh
和
Ragers
[12]
基于
Lyapunov
稳定性理论
袁
提出了参数型自适应迭代学习律
袁
但是所提方法仅适用于未知时不变
或慢时变参数的系统
.XuJianxin
等
[13]
基于复合能量函数提出了时变参数不确定非线性系统的迭代学习控
制方法
袁
通过沿迭代轴的学习
袁
得到了适用于任意连续的时变参数的学习律
袁
可适用于快时变参数系统
.
但到目前为止
袁
已有的迭代学习方法都是事先假定系统参数可辨识
袁
并未讨论系统参数匹配问题和参数
是否收敛到真值的辨识问题
.
本文针对一类在有限时间区间上可重复运行的一阶线性时变系统的参数辨识问题
袁
将模型参考自适
应辨识方法与迭代学习相结合
袁
提出了模型参考自适应迭代学习的参数辨识算法
.
该算法利用模型参考自
适应辨识方法得到时变系统参数辨识结构
袁
并针对系统可重复的特点
袁
用基于
Lyapunov
方法得到时变参
数的迭代学习律
袁
该算法能够辨识快时变参数
袁
并保证模型跟踪误差和参数误差沿迭代轴收敛
.
文中还分
析了参数估计误差沿迭代轴收敛到真值的条件
袁
仿真结果验证了所提算法的有效性
.
1
一阶线性时变系统模型参考自适应迭代学习辨识的结构
假定需要辨识的对象是在一个在有限时间区间
t沂[0袁 T]
上可重复运行的
BIBO
稳定的一阶线性时变
系统
袁
其微分方程模型为
y
觶
p
渊t冤 =-a
p
渊t冤y
p
渊t冤+k
p
渊t冤r渊t冤 渊1冤
式中
袁y
p
渊t冤尧 r渊t冤
分别为对象的输出和输入
袁 a
p
渊t冤尧 k
p
渊t冤
为待辨识的未知有界时变参数
袁
并假设
k
p
渊t冤 >
c >0.
选择一个与对象同构的线性定常系统作为参考模型
y
觶
m
渊t冤 =-a
m
y
m
渊t冤+k
m
u渊t冤 渊2冤
式中
y
m
渊t冤尧 u渊t冤
分别为参考模型的输出和输入
袁
选取
a
m
尧 k
m
为大于
0
的常数
.
为了在
t沂[0袁 T]
上辨识时变系统参数
a
p
渊t冤尧 k
p
渊t冤袁
采用迭代学习的方法
.
第
i
次迭代时
袁
由式
渊1冤尧渊2冤
窑2窑
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