1.一种基于跟踪微分器的非线性PID自适应控制方法,所述非线性PID控制包括两个跟踪微分器TD及NLPID控制器,其特征在于,步骤包括:S1、参考信号有界|v(k)|≤r;则有S2、对参考信号和状态输出分别实现过渡过程,TD产生两个输出信号,其中一个输出是跟踪输入信号TD1,另一个输出是输入信号的导数TD2,TD1的模型如下:其中,r为决定跟踪快慢的参数,h则为计算步长,误差信号为ek=v1(k)-v(k),且最优跟踪函数fhan定义如下:fh=fhan(ek,v2(k),r,h)TD2的模型只要在TD1模型的基础上分别将 其它参数完全相同;
S3、基于TD的PID控制律写为:u(k)=Kpe1(k)+Kie0(k)+Kde2(k)其中, e0(k)=e0(k-1)+e1(k),构造了一组非线性的PID增益参数:设
其中,ap≥0.2,ai≥1.2,ad≥1.2;得到非线性PID控制律为:u(k)=wpup(k)+wiui(k)+wdud(k)其中,wp、wi和wd分别是NLPID的比例、积分和微分的权值系数;
S4、NLPID权值系数的自适应学习算法:定义性能指标为: 其中,
根据梯度下降法调整权值系数:wj(k+1)=wj(k)+Δwj(k),(j=p,i,d);
调整量Δwj(k)为:Δwj(k)=μe1(k)uj(k)yu(k);
并将Δwj(k)带入wj(k+1)=wj(k)+Δwj(k)可得NLPID权值系数的自适应镇定算法:设absw=|wp(k+1)|+|wi(k+1)|+|wd(k+1)|,对神经网络权值系数做归一化处理,即
2.如权利要求1所述的一种基于跟踪微分器的非线性PID自适应控制方法,其特征在于,所述跟踪函数fhan定义式中的参数变量关系如下:2
d=rh;a0=hv2(k);y=v1(k)+a0;
a2=a0+sign(y)(a1-d)/2;a=(a0+y)fsg(y,d)+a2[1-fsg(y,d)];
且,fsg(x,d)=[sign(x+d)-sign(x-d)]/2。
3.如权利要求1所述的一种基于跟踪微分器的非线性PID自适应控制方法,其特征在于,所述调整量Δwj(k)具体得出方法为:调整量Δwj(k)如下:
由于 且 上式
简化为:
式中,μ是神经网络学习步长,且0<μ<1;
对式 做如下近似计算:
算法是收敛的,则必有|e1(k+1)|≤|e1(k)|,得出:e1(k+1)=αe1(k),且0<α≤1,将α融入到学习率μ中,并用e1(k)近似替代e1(k+1);
用符号函数 替代 并设
式 简化为:Δwj(k)=μe1(k)uj(k)yu(k)。