滑模變結構控制中抖振的特性研究與抑制.pdf

1、抖振特性研究是變結構控制的重要內容，它與變結構控制系統(tǒng)的切換面參數、切換控制律、穩(wěn)定性分析均有著密切的聯(lián)系。針對變結構控制的抖振易引發(fā)共振以及部分狀態(tài)變量不可測等問題，提出一種廣義描述函數(Describing Function)法穩(wěn)定判據和變結構切換增益自適應調節(jié)方法；深入研究了變結構抖振特性的計算和調節(jié)方法，并在此基礎上設計和分析了齒隙補償控制器和兩類二階采樣變結構控制器；探討了變結構控制中與系統(tǒng)初值相關的穩(wěn)定性問題。通過仿真實驗和

2、電路實驗，驗證了本文關于抖振特性的理論計算結果。主要工作及創(chuàng)造性成果如下：
　　1.推導了基于數值計算和作圖的廣義DF法穩(wěn)定判據，以完善頻率相關描述函數N(A,ω)的穩(wěn)定性分析。利用廣義DF法穩(wěn)定判據繪制θ-ω曲線，觀察曲線斜率變化，快速判斷變結構控制的抖振點數量，并揭示系統(tǒng)初值對變結構系統(tǒng)穩(wěn)定性和抖振特性的影響。將該判據應用于趨近律和繼電系統(tǒng)變結構控制，研究了采樣周期、系統(tǒng)零極點分布對抖振穩(wěn)定性的影響，為部分狀態(tài)切換面的設計提供

3、了依據。
　　2.將抖振特性研究方法應用于輸出端齒隙模型和內部齒隙模型的補償算法，分別設計了雙回路切換控制器和力矩反饋控制器。雙回路切換控制器將理想繼電器與齒隙遲滯模型串聯(lián)，簡化了輸出端齒隙模型的描述函數計算；力矩反饋控制器利用內部齒隙模型的輸出端位置信號，估計齒隙接觸面?zhèn)鬟f力矩；借助廣義DF法穩(wěn)定判據，建立齒隙輸入端與力矩反饋的頻域關系，并計算力矩反饋增益的穩(wěn)定范圍。通過適當改變兩控制器增益，靈活調節(jié)抖振特性，使系統(tǒng)達到所期望的

4、控制精度和響應速度。
　　3.完善了輸出微分和輸出反饋的兩類二階采樣變結構控制的穩(wěn)定性證明，推導了控制器與抖振特性的關系式。在時域上采用相軌跡法，計算系統(tǒng)在相平面關鍵點之間的轉移時間，進而推導相軌跡在橫縱坐標軸的運動范圍，得到系統(tǒng)的抖振特性解析表達式；在頻域上利用廣義DF法穩(wěn)定判據，證明了輸出反饋二階采樣變結構控制的穩(wěn)定性，并研究了系統(tǒng)初值與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關系，為該控制器的優(yōu)化設計提供了理論依據。設計了以DSP和FPGA為核心的變結

5、構電路實驗平臺，通過繪制、比較實驗所得的抖振運動與極限環(huán)相軌跡，驗證了二階采樣變結構控制的抖振特性分析方法。
　　4.提出了一種自適應無跡卡爾曼濾波(AUKF)算法，通過檢測狀態(tài)變量微分累積值，判斷狀態(tài)是否突變。在狀態(tài)突變時刻重置協(xié)方差矩陣，以提高狀態(tài)估計跟蹤速度，減小狀態(tài)估計超調量；經過迭代運算使協(xié)方差矩陣再次與系統(tǒng)噪聲模型匹配?；贏UKF算法，設計了一種非線性系統(tǒng)變結構抖振抑制方案，通過估計外部擾動，自適應調節(jié)變結構切換增益