论文摘要
输出跟踪控制是控制系统的一个重要研究方向，在实际应用中因受到实际被控系统的参数不确定性以及高度非线性等因素的影响，跟踪性能无法达到预期目标，因此对不确定非线性系统的鲁棒输出跟踪控制研究具有重要的理论意义及现实应用价值。滑模变结构控制SMC（Sliding Mode Control）作为一种非线性鲁棒控制，近年来成为控制理论界关注的焦点。滑模控制突出的优点是SMC能提供匹配条件下与参数不确定性和外部扰动无关的强鲁棒性，然而其缺点是滑模切换控制律的设计为了补偿被控系统的不确定因素会产生较强的抖振问题。为克服SMC的缺点并将其更好地用于不确定非线性系统的跟踪控制中去，本文就滑模变结构控制理论在一类带参数不确定性及匹配扰动的非线性系统的跟踪控制问题做了深入研究，主要工作如下：首先，本文讨论了带参数不确定性及匹配扰动的单输入单输出非线性系统的鲁棒跟踪控制问题，提出了一种基于最优趋近的滑模跟踪控制算法。该算法采用T-S模糊理论建立线性化的不确定模糊模型，引入基于最优趋近率的切换控制算法补偿匹配的不确定因素，定义一种自调节切换增益参数估计方法，使得闭环系统的鲁棒性不受模糊建模偏差的影响，所提出的控制器设计不仅保证了系统的鲁棒跟踪亦降低了闭环系统的抖振问题。其次，研究了基于滑模控制算法的鲁棒最优调节器在非线性不确定系统的状态调节中的应用问题。该调节器首先利用反馈线性化方法来线性化改不确定非线性系统；其次，定义了积分型最优滑模面使系统的跟踪稳态误差为零，实现了最优二次型调节；最后，设计了基于自调节切换增益估计方法的滑模切换控制律，弥补了反馈线性化方法需要精确的非线性模型这一缺点，并且缩短了系统的到达时间，降低了系统的抖振。再次，针对一类耦合严重的多输入多输出（MIMO）非线性系统，设计了一种滑模跟踪控制方法。该控制器将被控系统转换为基于跟踪误差状态变量的表达形式，应用T-S模糊理论来线性化对象模型，简化滑模控制器的设计；解耦方法采用选取对每个输出影响最大的一个输入作为该子系统的输入而其余输入视为耦合扰动的方法；针对多个解耦的模糊子系统，设计基于自调整切换控制律的滑模控制器，提出切换控制增益参数的估计方法使得不确定建模误差以及视为耦合扰动的输入变量得以补偿，且实现了闭环系统的渐进稳定跟踪。最后，本文讨论带误差积分的滑模面设计方法有可能使得系统的阶跃响应产生很大的输出超调这一问题，解释滑模面增益参数的选择与产生输出超调问题之间的关系，并从积分饱和问题以及系统动态特性出发，给出避免输出引发大超调现象的解决方法，为使系统在避免产生强抖振的前提下快速收敛到滑模面，应用自调整增益的控制律切换算法，保证系统的快速高效收敛。