news 2026/2/11 0:22:21

分数阶 Chen 系统自适应控制与仿真

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张小明

前端开发工程师

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分数阶 Chen 系统自适应控制与仿真

关于分数阶Chen系统的自适应控制与MATLAB仿真,这里将从系统模型控制目标控制器设计稳定性分析,到完整的MATLAB代码实现进行系统性的讲解。

1. 问题描述:分数阶Chen系统

考虑带有不确定性和外部扰动的分数阶Chen系统。其动力学方程如下:

{ Dαx=a(y−x)+d1(t)+u1(t)Dαy=(c−a)x−xz+cy+d2(t)+u2(t)Dαz=xy−bz+d3(t)+u3(t) \begin{cases} D^{\alpha} x = a(y - x) + d_1(t) + u_1(t) \\ D^{\alpha} y = (c-a)x - xz + cy + d_2(t) + u_2(t) \\ D^{\alpha} z = xy - bz + d_3(t) + u_3(t) \end{cases}Dαx=a(yx)+d1(t)+u1(t)Dαy=(ca)xxz+cy+d2(t)+u2(t)Dαz=xybz+d3(t)+u3(t)
其中:

  • α∈(0,1]\alpha \in (0, 1]α(0,1]为系统的分数阶阶次(为简化,我们假设各状态变量阶次相同,且α\alphaα已知)。
  • x,y,zx, y, zx,y,z为系统状态。
  • a,b,ca, b, ca,b,c为系统参数。这些参数可能部分或全部未知,且可能存在参数摄动。
  • di(t)d_i(t)di(t)代表有界的外部扰动,即∣di(t)∣≤Di|d_i(t)| \leq D_idi(t)DiDiD_iDi是未知正常数。
  • ui(t)u_i(t)ui(t)是待设计的自适应控制器,目的是使系统状态x,y,zx, y, zx,y,z稳定到给定的目标轨迹(或平衡点)。

控制目标:设计自适应控制律ui(t)u_i(t)ui(t)和参数更新律,使得系统状态(x,y,z)(x, y, z)(x,y,z)在存在未知参数a,b,ca, b, ca,b,c有界扰动di(t)d_i(t)di(t)的情况下,能渐近跟踪稳定到期望的状态。

为了演示,我们设定一个常见目标:稳定到原点(0,0,0)(0, 0, 0)(0,0,0)

2. 自适应控制器设计(基于Lyapunov稳定性理论)

步骤1:定义误差系统

设期望状态为xd=yd=zd=0x_d = y_d = z_d = 0xd=yd=zd=0。定义跟踪误差:
e1=x−0=x,e2=y−0=y,e3=z−0=z。 e_1 = x - 0 = x,\quad e_2 = y - 0 = y,\quad e_3 = z - 0 = z。e1=x0=x,e2

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