不确定非线性系统滑模反演控制的研究与应用

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随着工业的发展,在控制领域里,系统被控对象变得越来越多元化,也越来越复杂。而且在实际的控制操作过程中,通常伴随着各种各样的非线性以及不确定性,不确定性因素的存在,往往会影响到系统的性能,同时也大大增加了控制器设计的难度,更加严重的话,可能会导致系统震荡,使系统失去稳定,无法正常运行,给工厂带来不必要的损失。所以,对于不确定非线性系统的控制问题的研究,具有重要的现实需要。现在大多数工程项目在保障系统稳定的前提下,对系统的控制性能也有一定的要求,因此,这就需要设计新的控制算法,既要保证系统稳定,还要提高控制性能,扩大方法的适用范围。本文针对几类不确定非线性系统,设计了滑模反演控制算法,把自适应控制的优点与滑模反演控制的优点结合在一起,将自适应控制方法引入到滑模反演控制中,扩展了滑模反演控制的应用范围。本文的主要工作内容如下:(1)第二章采用基于干扰观测器的自适应滑模反演的控制方法,解决了一类具有不确定性和未知参数的高阶半严反馈非线性系统的跟踪问题。对高阶半严反馈非线性系统中的未知参数用自适应律来处理,接着设计出一种新型干扰观测器,既能对系统的外部干扰进行估计,也可对每一步中的虚拟变量的导数进行估计,能够避免微分爆炸问题,最后引入多变量滑模面,能够有效的避免系统抖振的发生,并且保证了闭环系统的稳定。(2)第三章采用了自适应滑模反演的控制方法,解决了一类非匹配不确定非线性高阶系统的跟踪控制问题。将自适应反演方法与滑模方法结合到一起,能够实现输出信号对参考信号的零误差跟踪。最后可以通过调整增益参数K的取值,调节系统状态到达滑模面的时间,并且用双极型sigmoid函数取代sgn函数,有效的降低了系统的抖振。(3)第四章针对一类不确定非线性系统,设计出了一种基于多幂次趋近律的滑模控制方法,解决了一类非线性系统输出信号对期望信号的跟踪问题。由于多幂次趋近律的引进,能够在更短的时间内实现输出信号对其参考信号的跟踪。利用有限时间干扰观测器来处理系统中的不确定项,能够实现干扰误差收敛到零,同时引进了多变量的积分滑模面,可以有效的避免滑模控制器中的抖振,通过Lyapunov理论进行稳定性分析,证明了闭环系统是稳定的。(4)第五章中的磁悬浮球系统是一种典型的非线性不稳定系统,针对磁悬浮球不稳定的特点,将第二章和第四章的方法运用到此系统中,解决了磁悬浮球系统的轨迹跟踪问题。
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