第 25 卷第 6 期
2008 年 12 月
控 制 理 论 与 应 用
Control Theory & Applications
Vol. 25 No. 6
Dec. 2008
基基基于于于迟迟迟滞滞滞算算算子子子的的的非非非平平平滑滑滑三三三明明明治治治系系系统统统自自自适适适应应应控控控制制制
赵新龙
1
, 谭永红
2
, 董建萍
3
(1. 浙江理工大学 自动化研究所, 浙江 杭州 310018;
2. 上海师范大学 机械与电子工程学院, 上海 201814; 3. 上海师范大学 数理信息学院, 上海 200234)
摘要: 针对一类具有非平滑的迟滞三明治系统, 提出一种基于神经网络的自适应控制方法. 首先利用神经网络
做出了前端动态模块的逆系统实现前端动态模块的近似补偿, 这样将迟滞三明治系统转化成一般的迟滞非线性系
统. 然后提出一个迟滞算子将迟滞的多映射转化成一一映射, 基于这个迟滞算子设计了神经网络自适应控制器, 通
过 Lyapunov方法证明了系统的稳定性并推导出神经网络的权值自适应调整律和控制律. 最后通过仿真验证了该方
案的有效性.
关键词: 迟滞; 三明治系统; 迟滞算子; 神经网络; 自适应控制
中图分类号: TP273 文献标识码: A
Adaptive control of non-smooth sandwich systems based on
hysteretic operator
ZHAO Xin-long
1
, TAN Yong-hong
2
, DONG Jian-ping
3
(1. Institute of Automation, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou Zhejiang 310018, China;
2. College of Mechanical and Electronic Engineering, Shanghai Normal University, Shanghai 201814, China;
3. Mathematics and Science College, Shanghai Normal University, Shanghai 200234, China)
Abstract: Considering the special structure of sandwich system, we present a unit inverse system to compensate for
the leading dynamic block of the sandwich system, transforming the sandwich system into a common nonlinear system
preceded by hysteresis and disturbance. A novel hysteretic operator is proposed to transform the multi-valued mapping of
hysteresis into a one-to-one mapping. Applying the hysteretic operator, we develop an adaptive controller for the sandwich
system with hysteresis nonlinearity. The control law and adaptive law are derived from Lyapunov stability theorem, so that
the ultimate boundedness of the closed-loop system is guaranteed. Simulation results show the efficacy of the proposed
scheme in controlling the sandwich systems with hysteresis.
Key words: hysteresis; sandwich system; hysteretic operator; neural networks; adaptive control
文文文章章章编编编号号号: 1000−8152(2008)06−1121−07
1 引引引言言言(Introduction)
非平滑三明治系统是指非平滑的非线性夹在两
个动态模块之间的一类系统, 这里非平滑的非线性
包括死区、间隙、迟滞等, 很多实际系统都具有三明
治结构
[1]
. 文献[2,3]分别对具有死区和间隙的三明
治系统提出了控制方案. 迟滞比死区和间隙更加复
杂, 主要体现在迟滞不仅是动态的, 而且具有多映射
性和记忆性. 在一些高精度的控制中, 迟滞特性会
使得系统产生振动, 降低系统的控制精度, 甚至会导
致不稳定
[4]
. 在三明治系统的结构中, 由于前一个动
态模块的限制, 不能够直接对迟滞进行补偿. 迟滞的
复杂性加上三明治系统特殊的结构, 使得传统的控
制方案很难对具有迟滞的三明治系统实现有效的控
制.
本文针对三明治系统的特点, 首先采用一个神经
网络逆系统来补偿前端动态模块的影响, 使三明治
系统变成1个前端串有迟滞环节的非线性系统, 在此
基础上, 设计相应的采用伪控制技术的自适应控制
器. 考虑到在实际工程中迟滞环节的输出一般不可
直接测量的因素, 利用神经网络来在线估计模型误
差, 从而估计迟滞的影响. 为此, 提出了一个迟滞算
子将多映射的迟滞非线性转换成一一映射, 基于这
个迟滞算子设计出相应的神经网络估计器, 对模型
误差进行估计, 避免了构造迟滞逆模型的复杂过程.
收稿日期: 2006−03−03; 收修改稿日期: 2008−01−15.
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(60572055); 浙江理工大学科研启动基金资助项目(0703052–Y).