基于观测器的不确定非线性系统滑模控制器设计

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非线性系统的控制问题一直是研究的热点,在实际系统中总是存在不确定因素,使得系统输出不能稳定或渐近跟踪期望目标,所以对非线性系统的抗干扰问题研究变的越来越重要。滑模控制因其对参数变换和扰动的不敏感特性,在不确定非线性系统的控制问题中得到了广泛应用。本文考虑系统在遭受干扰影响的情况下,针对一类不确定非线性系统的控制问题展开研究,根据系统状态和干扰的不同特征,将系统分为三种情况,分别讨论了系统状态和干扰的估计以及滑模控制问题。主要研究成果如下:1.在系统状态可测的前提下提出了基于干扰观测器的双幂次趋近律滑模控制方法。首先,设计超螺旋干扰观测器,对系统存在的未知复合干扰进行准确估计;其次,结合系统结构,采用线性滑模面,设计双幂次趋近律滑模控制器,并引入干扰观测器的干扰估计值;最后,以磁悬浮系统控制问题为例,对提出控制方法的有效性进行实验验证。相较于传统滑模控制方法,该方法不需要知道干扰界值且具有更好的控制效果。然而,在实际的工程系统中,系统状态往往是不可测的,因此,需要对该系统在状态不可测的情况进行研究。2.在系统状态不可测且各状态分量干扰成比例的前提下提出了基于降维观测器的终端滑模控制方法。首先,设计降维观测器,对系统的状态进行估计;其次,利用超螺旋干扰观测器实现对干扰的重构;最后,构造积分滑模面,并与二阶快速终端滑模控制理论相结合,设计基于降维和超螺旋干扰观测器的滑模控制器实现对系统状态的控制。终端滑模控制理论的引入,使得该方法相较于传统的滑模控制方法,可以实现系统状态在有限时间内到达滑模面。然而,干扰间成比例是一个很苛刻的条件,因此,有必要对系统干扰间关系未知的情况进行研究。3.在系统状态不可测且各状态分量干扰关系未知的前提下提出了基于滑模观测器的全局终端滑模控制方法。首先,设计滑模观测器,实现对系统状态和干扰的同时估计;其次,设计一类全局积分滑模面,并给出全局终端滑模面结构;最后,设计全局终端滑模控制器,引入由滑模观测器得到的状态估计值和干扰估计值,实现系统状态滑模控制。
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