滑模變結(jié)構(gòu)控制理論及其在機(jī)器人中的應(yīng)用研究.pdf

1、滑模變結(jié)構(gòu)控制出現(xiàn)在50年代，由于變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滑動(dòng)模態(tài)運(yùn)動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)攝動(dòng)、外界的擾動(dòng)、系統(tǒng)不確定模態(tài)和模型不確定性具有不變性，也就是完全魯棒性，滑模變結(jié)構(gòu)控制才引起了人們的極大關(guān)注。它的不足主要是當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在到達(dá)滑動(dòng)平面后，會(huì)在滑動(dòng)平面附近產(chǎn)生高頻抖振，同時(shí)系統(tǒng)的控制量也產(chǎn)生高頻振蕩。為了解決這一問(wèn)題，許多其他的先進(jìn)控制技術(shù)如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等也被綜合應(yīng)用到滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。論文的具體工作如下： 第

2、一，本文在參考大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析了滑模變結(jié)構(gòu)控制的基本原理以及基本概念，總結(jié)了滑模變結(jié)構(gòu)控制的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展前景。 第二，本文針對(duì)一類n階非線性系統(tǒng)，將模糊控制和傳統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制相結(jié)合，構(gòu)成了模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制，從而抑制了滑模變結(jié)構(gòu)控制中所固有的抖振現(xiàn)象。同時(shí)本文給出了自適應(yīng)模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制算法，并從李亞普諾夫理論的角度給出了算法的證明，在該算法中，自適應(yīng)律用來(lái)在線動(dòng)態(tài)調(diào)整控制規(guī)則，從而降低了模糊控制器設(shè)

3、計(jì)中人為因素的限制。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了該自適應(yīng)模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制算法的魯棒性和優(yōu)越性。 第三，針對(duì)一類未知的單輸入單輸出仿射非線性系統(tǒng)，提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滑模自適應(yīng)控制方法。該方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的非線性函數(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值由Lyapunov穩(wěn)定性理論導(dǎo)出，并且在線調(diào)整；考慮到網(wǎng)絡(luò)逼近誤差和外部干擾的存在，文中利用滑動(dòng)模態(tài)對(duì)參數(shù)和擾動(dòng)不敏感的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的魯棒輸出跟蹤。 第四，滑模變結(jié)構(gòu)控制由于算法簡(jiǎn)單，

4、對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和外部擾動(dòng)具有不變性等優(yōu)點(diǎn)，因此非常適合于機(jī)器人控制。本文首先針對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)了一種全局快速終端滑?？刂破鳌？焖俳K端滑?？刂凭C合了終端滑模和傳統(tǒng)線性滑模的優(yōu)點(diǎn)，能在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)平衡點(diǎn)，并降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。其次提出了一種基于濾波的機(jī)器人模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方法。首先通過(guò)利用一階濾波器抑制機(jī)器人滑模變結(jié)構(gòu)控制中控制力矩的高頻抖振，其次利用模糊控制和全局滑模變結(jié)構(gòu)控制的方法來(lái)抑制系統(tǒng)在滑動(dòng)模態(tài)階段的抖振。并通過(guò)仿真證實(shí)了上述方法的有效