离散时滞非线性系统的无抖振最优滑模控制

论文摘要

众所周知,滑模变结构控制最突出的特征就是滑模面的存在,一旦系统的运动到达滑模面,系统随后的运动轨迹将保持在滑模面上或者滑模面的一个邻域中。在这个滑模面上,系统运动的主要特征表现在:强鲁棒稳定性;滑动阶段的降阶特性;滑模面上系统运动的预先确定性;以及可以通过滑动模态的设计获得满意的动态品质。同时控制简单,易于实现,所以基于滑动模态的变结构控制受到了广泛重视,已经被广泛应用于各种控制领域。一般来说,滑模控制的设计分为两步。第一步即选择合适的滑模面方程,使系统在滑模上的运动符合预期要求;第二步即设计切换控制律,保证到达条件和滑动条件。虽然现在已有多种滑模面设计方法,但是如何设计最优滑模面的研究成果并不多见。如果能把最优控制和滑模面设计结合起来,进而设计出最优滑模面,则可实现状态轨迹在滑模面上滑动运动的最优化。另外当采用数字计算机实现变结构控制算法时,由于采样过程的限制,理想的滑动模态一般不存在,即使对于准确系统也无法保证滑模准确可达,状态轨迹通常以抖振的形式沿着滑动面运动。因此研究离散系统滑模控制的最优滑模设计和抖振消除都具有重要的意义。在工业生产、航空航天和海洋工程等系统中,非线性和时滞是普遍存在的。例如海洋拖曳体的姿态与运动轨迹控制系统是具有六个自由度的非线性时滞系统,海洋平台的振动控制系统也是典型的非线性时滞系统。由于其双重复杂性,因此,研究离散时滞非线性系统的无抖振最优滑模控制问题,无论在理论上还是在实践上,都是很有意义的。本文的主要研究工作概括如下:1、首先,回顾了滑模变结构控制理论的发展概况,详细介绍了目前国内外离散时滞非线性系统变结构控制理论的研究现状,总结了滑模面设计方法以及抖振抑制方法。2、针对离散线性系统,介绍了设计最优滑模面和无抖振离散变结构控制律的基本思想。把一部分状态变量视为虚拟控制,通过引入二次型性能指标,来

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 绪论
• 1.1 滑模控制的基本原理
• 1.1.1 基本概念
• 1.1.2 滑模控制系统的特点与设计思想
• 1.2 滑模控制理论的研究现状
• 1.2.1 滑模面设计方法研究
• 1.2.2 抖振控制研究
• 1.2.3 非线性时滞系统滑模控制的研究
• 1.2.4 滑模控制的应用
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 离散线性系统的无抖振最优滑模控制
• 2.1 离散时间系统滑模控制的一般特性
• 2.2 离散线性系统无抖振最优滑模控制
• 2.2.1 问题描述
• 2.2.2 最优滑模设计
• 2.2.3 无抖振变结构控制律设计
• 2.3.4 数值仿真研究
• 2.3.5 结论
• 2.3 本章小结
• 3 离散时滞系统的无抖振最优滑模控制
• 3.1 系统描述
• 3.2 最优滑模设计
• 3.2.1 预备引理
• 3.2.2 最优滑模设计的逐次逼近法
• 3.3 离散无抖振变结构控制律设计
• 3.4 数值仿真研究
• 3.5 结论
• 4 离散非线性系统无抖振最优滑模控制
• 4.1 系统描述
• 4.2 最优滑模设计
• 4.3 离散无抖振变结构控制设计
• 4.4 数值仿真研究
• 4.5 结论
• 5 离散时滞非线性系统的无抖振最优滑模控制
• 5.1 问题描述
• 5.2 最优滑模设计
• 5.3 离散无抖振变结构控制设计
• 5.4 数值仿真研究
• 5.5 结论
• 6 无抖振最优滑模控制在自治式潜水器中的应用
• 6.1 引言
• 6.2 自治式潜水器的数学模型
• 6.3 无抖振最优滑模控制设计及仿真
• 7 总结及展望
• 参考文献
• 符号索引
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表和完成论文情况
• 攻读博士学位期间参加科研情况