滑?？刂评碚摷捌鋺?yīng)用若干問題研究.pdf

1、所謂的滑模控制方法是一種特殊的魯棒控制設(shè)計(jì)方法，也是一種特殊類型的變結(jié)構(gòu)控制方法。在滑?？刂浦校到y(tǒng)的滑動(dòng)模態(tài)對(duì)于滿足匹配條件的不確定具有不變性，這種不變性比魯棒性更進(jìn)一步，又稱為理想魯棒性。正是這一獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使得滑?？刂瞥蔀轸敯艨刂频氖走x方案，吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注。自上一世紀(jì)八十年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)滑?？刂评碚撨M(jìn)行了廣泛深入的研究，并逐漸發(fā)展成為控制科學(xué)的一個(gè)重要分支。但是，滑?？刂浦杏捎诳刂破鞯姆蔷€性使得系統(tǒng)的控制信號(hào)產(chǎn)生高

2、頻的抖振，而實(shí)際系統(tǒng)中所有的執(zhí)行器帶寬都是有限的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高頻的切換，同時(shí)高頻的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)元件的損壞。因此抖振是阻礙變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用的主要障礙之一，如何消除抖振是滑?？刂蒲芯康闹匾n題，亟待解決。 此外，近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的系統(tǒng)正采用數(shù)字計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制器。而在實(shí)際系統(tǒng)中，當(dāng)采用數(shù)字計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)滑?？刂茣r(shí)，由于有限的采樣頻率的限制，不僅會(huì)在滑動(dòng)模態(tài)產(chǎn)生抖動(dòng)，而且會(huì)使原本在連續(xù)系統(tǒng)中穩(wěn)定的滑動(dòng)模態(tài)變?yōu)椴环€(wěn)

3、定，連續(xù)系統(tǒng)的理想魯棒性也將不再存在。因此，研究離散時(shí)間系統(tǒng)的滑?？刂茊栴}，具有重要的理論和實(shí)際意義。 非線性控制系統(tǒng)是當(dāng)今最活躍的一個(gè)研究領(lǐng)域，但仍缺少系統(tǒng)的和有效的處理方法。模糊控制技術(shù)具有控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、適用于許多非線性系統(tǒng)等特點(diǎn)，近年來(lái)在控制理論和工程實(shí)踐方面獲得了很大的發(fā)展。把滑?？刂婆c模糊控制結(jié)合起來(lái)，利用滑?？刂频目焖傩院汪敯粜耘c模糊控制的柔化和智能作用優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性系統(tǒng)的控制也是重要的研究方向。

4、基于以上分析，本文對(duì)滑?？刂评碚摷皩?shí)際應(yīng)用所面臨的若干問題進(jìn)行了研究和探討。主要工作概括如下： 研究離散時(shí)間滑?？刂频内吔稍O(shè)計(jì)問題。針對(duì)離散時(shí)間系統(tǒng)滑?？刂?，提出兩種新的滑模趨近律。該趨近律是連續(xù)變化的，不存在趨近律的切換問題；克服了離散指數(shù)趨近律及變速趨近律中存在的問題，可保證系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)最終收斂到原點(diǎn)，有效地抑制離散時(shí)間系統(tǒng)滑模運(yùn)動(dòng)的抖振。同時(shí)也考慮了實(shí)際系統(tǒng)中控制受限問題。 研究了線性連續(xù)不確定系統(tǒng)的滑?？刂圃O(shè)計(jì)問題

5、。傳統(tǒng)的滑模控制僅在滑動(dòng)模態(tài)對(duì)滿足匹配條件的不確定性具有魯棒性，而對(duì)非匹配不確定性并不具有魯棒性。本設(shè)計(jì)首先將不確定性分解為匹配不確定性和非匹配不確定性，分別加以考慮。對(duì)于具有非匹配不確定性的系統(tǒng)，基于線性矩陣不等式技術(shù)給出線性滑動(dòng)模面的設(shè)計(jì)方法。對(duì)于匹配不確定性和非匹配不確定性兩種情況分別給出魯棒滑模控制器的設(shè)計(jì)方法，保證滑?？刂葡到y(tǒng)對(duì)于匹配不確定性及非匹配不確定性均具有魯棒性，并給出相關(guān)的理論證明和數(shù)值仿真。 研究線性離散時(shí)

6、間不確定系統(tǒng)的滑模控制設(shè)計(jì)問題。主要討論含有非匹配不確定性的情況。給出線性矩陣不等式形式的線性滑動(dòng)模態(tài)面的存在條件及魯棒滑模控制器的綜合設(shè)計(jì)方法。給出相關(guān)的理論證明和數(shù)值仿真。 基于T-S模糊模型給出一種離散時(shí)間不確定非線性系統(tǒng)的滑?？刂品椒?。首先采用T-S模糊模型逼近非線性不確定系統(tǒng)模型，再將全局T-S模型整理轉(zhuǎn)化為線性不確定系統(tǒng)模型，這樣就將非線性系統(tǒng)的控制問題轉(zhuǎn)化為線性不確定系統(tǒng)的魯棒鎮(zhèn)定問題，再采用滑模控制方法魯棒鎮(zhèn)定線

7、性不確定系統(tǒng)。用線性系統(tǒng)魯棒控制理論來(lái)分析T-S模糊模型的穩(wěn)定性問題，避免了尋找公共正定矩陣所帶來(lái)的不便與保守，為非線性系統(tǒng)的控制提供又一個(gè)有效的途經(jīng)。通過對(duì)著名的trailer-track系統(tǒng)進(jìn)行仿真，說(shuō)明所給方法的可行性和有效性。 針對(duì)一種具有復(fù)雜非線性特性的體操機(jī)器人(Acrobot)系統(tǒng)，將滑?？刂评碚搼?yīng)用于平衡控器設(shè)計(jì)研究中，分別給出相應(yīng)的控制器設(shè)計(jì)及仿真研究。利用滑?？刂品椒ㄔ隰敯粜钥刂品矫娴膬?yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)平衡控制器，獲得