滑模控制理论及其应用若干问题研究

《滑模控制理论及其应用若干问题研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、东北大学博士学位论文摘要滑模控制理论及其应用若干问题研究摘要所谓的滑模控制方法是一种特殊的鲁棒控制设计方法，也是一种特殊类型的变结构控制方法。在滑模控制中，系统的滑动模态对于满足匹配条件的不确定具有不变性，这种不变性比鲁棒性更进一步，又称为理想鲁棒性。正是这一独特的优点，使得滑模控制成为鲁棒控制的首选方案，吸引了众多学者的关注。自上一世纪八十年代以来，国内外众多学者对滑模控制理论进行了广泛深入的研究，并逐渐发展成为控制科学的一个重要分支。但是，滑模控制中由于控制器的非线性使得系统的控制信号产生高频的抖振，而实际系统中所有的

2、执行器带宽都是有限的，无法实现高频的切换，同时高频的振动会导致系统元件的损坏。因此抖振是阻碍变结构控制应用的主要障碍之一，如何消除抖振是滑模控制研究的重要课题，亟待解决。此外，近年来，随着计算机技术的高速发展，越来越多的系统正采用数字计算机来实现控制器。而在实际系统中，当采用数字计算机来实现滑模控制时，由于有限的采样频率的限制，不仅会在滑动模态产生抖动，而且会使原本在连续系统中稳定的滑动模态变为不稳定，连续系统的理想鲁棒性也将不再存在。因此，研究离散时间系统的滑模控制问题，具有重要的理论和实际意义。非线性控制系统是当今最活

3、跃的一个研究领域，但仍缺少系统的和有效的处理方法。模糊控制技术具有控制器设计简便、适用于许多非线性系统等特点，近年来在控制理论和工程实践方面获得了很大的发展。把滑模控制与模糊控制结合起来，利用滑模控制的快速性和鲁棒性与模糊控制的柔化和智能作用优势互补，实现对非线性系统的控制也是重要的研究方向。基于以上分析，本文对滑模控制理论及实际应用所面临的若干问题进行了研究和探讨。主要工作概括如下：研究离散时间滑模控制的趋近律设计问题。针对离散时间系统滑模控制，提出两种新的滑模趋近律。该趋近律是连续变化的，不存在趋近律的切换问题；克服了

4、离散指数趋近律及变速趋近律中存在的问题，可保证系统运动最终收敛到原点，有效地抑制离散时间系统滑模运动的抖振。同时也考虑了实际系统中控制受限问题。一Ⅱ一东北大学博士学位论文摘要研究了线性连续不确定系统的滑模控制设计问题。传统的滑模控制仅在滑动模态对满足匹配条件的不确定性具有鲁棒性，而对非匹配不确定性并不具有鲁棒性。本设计首先将不确定性分解为匹配不确定性和非匹配不确定性，分别加以考虑。对于具有非匹配不确定性的系统，基于线性矩阵不等式技术给出线性滑动模面的设计方法。对于匹配不．确定性和非匹配不确定性两种情况分别给出鲁棒滑模控制器

5、的设计方法，保证滑模控制系统对于匹配不确定性及非匹配不确定性均具有鲁棒性，并给出相关的理论证明和数值仿真。研究线性离散时间不确定系统的滑模控制设计问题。主要讨论含有非匹配不确定性的情况。给出线性矩阵不等式形式的线性滑动模态面的存在条件及鲁棒滑模控制器的综合设计方法。给出相关的理论证明和数值仿真。基于T-S模糊模型给出一种离散时间不确定非线性系统的滑模控制方法。首先采用T-S模糊模型逼近非线性不确定系统模型，再将全局T-S模型整理转化为线性不确定系统模型，这样就将非线性系统的控制问题转化为线性不确定系统的鲁棒镇定问题，再采用

6、滑模控制方法鲁棒镇定线性不确定系统。用线性系统鲁棒控制理论来分析T-S模糊模型的稳定性问题，避免了寻找公共正定矩阵所带来的不便与保守，为非线性系统的控制提供又一个有效的途经。通过对著名的trailer-truck系统进行仿真，说明所给方法的可行性和有效性。针对一种具有复杂非线性特性的体操机器人(Aerobot)系统，将滑模控制理论应用于平衡控器设计研究中，分别给出相应的控制器设计及仿真研究。利用滑模控制方法在鲁棒性控制方面的优势设计平衡控制器，获得更大的吸引域。’最后对全文作出总结，并提出了下一步研究的方向。关键词：滑模控

7、制；趋近律；抖振；离散时间系统：非线性系统；非匹配不确定性；鲁棒性；模糊控制；T-S模型；线性矩阵不等式：体操机器人‘’III’’东北大学博士学位论文AbstractProblemsonTheoryandApplicationsofSlidingModeControlAbstractSlidingmodecontrolisaparticularapproachofrobustcontrollerdesignanditisalsoaparticulartypeofvariables仇lcturecontr01．Inthesl

8、idingmodecontrol，thesystembehavioronslidingmodebecomestotallyinsensitivetoaparticularclassofuncertaintywhichsatisfiessocalledmatchedcondition．Itsinvaria