改进的滑模变结构控制算法在倒立摆中的应用研究

摘要

滑模变结构控制理论已经成为控制科学的一个重要分支体系。它以独特、优异的鲁棒性，快速性，对匹配不确定性、干扰的完全自适应性等特点一直吸引诸多学者的研究兴趣。然而，阻碍滑模变结构控制理论在实际工程中应用的是滑模控制器带来的抖动问题。滑模控制具有上述优点的代价，就是滑模控制器的非线性形式使得变结构系统的状态、输出等等都会产生一个高频抖动，使系统无法到达控制要求。许多实际控制器、执行机构无法实现高频切换，而且系统在稳态时有稳态误差，甚至高频振动会导致系统元件损坏等等不良后果。因此本文对此进行了以下研究： 针对一级摆和二级摆不同的被控对象，从滑模变结构控制理论本身出发，对滑模变结构控制系统的抖动问题和鲁棒性进行了深入研究。系统在设计滑动模态的切换函数情况下，根据李雅普诺夫稳定性理论直接设计滑模控制器，抖动问题得到了很大程度上的解决。针对一类非线性系统，简化了设计过程，而且系统动态过程良好。将此方法应用到一级摆的跟踪控制中，用matlab软件进行了验证，获得了较好的控制效果。 在比例切换控制方法的基础上，为解决此方法的控制量的不连续性，在控制量中加入了等效控制，使得切换函数变得光滑，系统中的抖动现象大大减小。本文将此方法应用到一级摆的稳定控制中，仿真结果表明系统的抖动现象明显减弱，取得了较好的控制效果。 基于积分滑模面的概念，提出了一种积分型滑模面设计方法，即在切换函数中引入积分项，使系统过渡过程平滑，从而削弱抖动，保证了滑模的较好的鲁棒性。根据积分滑模控制稳定理论，阐述了系统的积分滑模控制律的设计方法，使得积分型滑模面的设计得以实现。所提出的积分滑模控制方法在二级摆上验证，仿真结果表明很好地抑制抖动的幅度，振动幅值减弱明显，减小了静差。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2滑模变结构控制简介

1.2.1滑模变结构控制的发展历史

1.2.2滑模变结构控制基本原理

1.2.3滑模变结构控制系统的抖动问题

1.3课题的主要研究内容

第二章滑模变结构的基本原理

2.1引言

2.2滑模变结构控制系统的数学描述

2.3滑动模态的数学描述

2.4滑动模态的到达条件

2.5滑动模态的不变性

2.6 小结

第三章滑模变结构控制系统的设计

3.1引言

3.2滑模变结构控制的设计原理

3.3滑模变结构控制的方法

3.3.1切换函数的设计方法

3.3.2控制率的设计方法

3.3.3滑模变结构的设计要求

3.4改进的滑模变结构控制方法

3.5小结

第四章滑模变结构控制在线性系统中的应用

4.1引言

4.2线性系统基本理论

4.3线性系统的滑模变结构控制

4.4多变量系统滑动模态的设计

4.4.1扇形区域上特征配置法

4.4.2李雅普诺夫直接法

4.5线性不确定系统的滑模变结构控制

4.6线性系统的输出反馈变结构控制

4.7 小结

第五章改进的滑模变结构在倒立摆中的应用研究

5.1引言

5.2滑模变结构控制在一级摆中的应用

5.2.1一级摆的跟踪控制

5.2.2一级摆的稳定控制

5.3滑模变结构控制在二级摆中的应用

5.3.1二级摆系统数学模型分析

5.3.2系统性能分析

5.3.3变结构控制器的设计

5.3.4二级摆的仿真研究

5.4小结

结束语

致谢

参考文献

攻读硕士期间所发表的论文