不确定性系统滑模控制削抖的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:qwc198762
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不确定系统是现代控制理论的重要研究对象,其原因在于被控对象和理论上的数学模型总是存在偏差,这种偏差主要来自外界干扰、未建模动态和参数摄动。滑模控制方法由于其设计方法简单、强鲁棒性以及良好的抗参数摄动能力,近年来在不确定系统中的应用取得了很大进展。抖振是滑模控制固有的现象,本课题着重研究了不确定系统的削抖问题。本论文针对倒立摆系统,典型化工反应过程(vandevuss反应和pH中和反应),时滞系统等三类不确定对象进行研究,主要研究内容与工作如下:基于滑模控制的基本理论,使用Ackermann公式来设计滑模面,来简化设计滑模面。在此基础上引入了Butterworth滤波器的传递函数极点作为系统的理想特征值。利用Butterworth滤波器在通带内最优平坦的特性,使闭环系统及滑模面较快达到理想动态,并采用Sigmoid函数来取代开关函数有效的抑制滑模控制抖动;化工过程具有多变量、耦合和模型不确定等特性,本文针对化工反应过程(vandevuss反应、pH中和反应)的控制对象不确定问题,采用模糊与滑模控制相结合的方法。基于李亚普诺夫稳定性原理设计模糊规则,通过模糊控制与滑模控制相结合来充分利用系统信息,简化了模糊控制器的维数便于模糊规则库的设计。同时,引入了一种新的自适应调整比例因子来进行模糊变论域调节,该方法的引入柔化了控制信号,减小了滑模控制器输出的抖振。本文给出了模糊滑模控制的算法和稳定性分析,得到简化后的通用模糊规则库,通过调节控制器输入量的比例因子来改变系统的论域。针对一类同时存在噪声干扰和系统参数不确定性问题的线性时滞系统,提出了一种基于LTR观测器的滑模变结构控制方法。采用非奇异线性变换将时滞线性定常系统转化为无时滞线性定常系统,简化了时滞变结构控制器的设计,并从理论上进行算法的分析及稳定性证明。本文针对三类不确定性问题,相应的提出了Ackermann公式同Butterworth滤波器、模糊控制、LTR方法与滑模控制相结合的控制设计方案,有效地解决了倒立摆、vandevuss反应、pH中和反应等包含不确定过程的控制系统抖振问题。仿真结果表明设计的控制方法具有较好的抗干扰能力和很强的鲁棒性,并有效地削弱了控制器的抖振。
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