非线性系统的滑模自适应控制及其在电液控制系统中的应用

论文题目: 非线性系统的滑模自适应控制及其在电液控制系统中的应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 控制理论与控制工程

作者: 管成

导师: 朱善安

关键词: 非线性系统,电液控制系统,微分与积分滑模,时变滑模,多滑模,自适应控制,鲁棒控制

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 针对滑模变结构控制理论、Backstepping控制理论存在的几个缺陷,基于几种仿射非线性系统,本文结合自适应控制方法及鲁棒控制方法,分别提出了非线性微分与积分滑模自适应控制、时变滑模自适应控制、多滑模鲁棒自适应控制等控制方法,并分别将它们应用于电液控制系统中。 第一章简要介绍了非线性系统控制理论及现代电液控制系统的发展历史,介绍了精确状态反馈线性化控制、滑模变结构控制、Backstepping控制等控制理论,并指出了它们所存在的缺陷,阐述了本文主要进行的研究工作。 第二章针对滑模变结构控制需要被跟踪信号及其一阶和高阶导数已知的情况,基于一类非线性系统,分别提出了一种非线性微分与积分滑模变结构控制策略(DI-SVSC)及非线性微分与积分滑模自适应控制策略(DI-SMAC)。在切换函数中引入跟踪误差项的积分,形成一种积分滑模控制,从而消除了传统滑模变结构控制所需的被跟踪信号一阶及其高阶导数已知的假设;并采用一非线性微分控制消弱了系统的抖振现象。 将两种控制方法分别应用于电液伺服系统的速度跟踪控制与电液伺服系统的位置跟踪控制中,仿真结果显示,两种控制方法均具有良好的控制性能及较强的鲁棒特性,控制量平稳,且DI-SMAC还具有能量消耗小的特点。 第三章针对滑模变结构控制在系统的趋近运动阶段抗干扰能力较弱的特点,结合时变滑模控制与自适应控制方法,提出了二阶系统的时变滑模自适应控制方法,并进一步针对高阶非线性系统提出了两级时变滑模自适应控制策略;并分别给出了时变滑模面与两级时变滑模面的定义方法,及自适应控制器与自适应律的设计方法。 采用两级时变滑模自适应控制方法,进行了液压伺服系统速度跟踪控制器的设计,仿真结果显示,该控制方法具有较强的全局鲁棒性和很好的跟踪性能,并能消除振动现象。 第四章针对一类模型参数不确定与模型参数及结构均不确定的不确定非线性系统,引入虚拟控制量与虚拟自适应律的概念,结合鲁棒控制的设计方法,提出了一种多滑模鲁棒自适应控制策略,与标准的Backstepping控制方法相比,每个虚拟控制量和实际控制量均分别仅由各自子系统的期望输出与该子系统模型参数来决定,因此从一定意义上说,该控制方法是一种解藕控制。 分析了电液变量泵控制定量马达闭式控制系统,采用参数及结构均不确定型多滑模鲁棒自适应控制的方法设计了一个位置跟踪控制系统。仿真结果表明,采用该控制方法,能很好地克服系统的非线性特性、参数不确定性以及负载扰动的影响,达到较高的跟踪精度。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 非线性控制系统概述

1.1.1 精确线性化控制

1.1.2 滑模变结构控制

1.1.3 Backstepping控制

1.2 近代电液压控制系统概述

1.2.1 近代电液控制系统

1.2.2 近代控制策略应用现状与发展趋势

1.2.3 电液系统的非线性控制

1.3 论文的主要研究内容

第二章 非线性微分与积分滑模自适应控制

2.1 前言

2.2 非线性微分与积分滑模变结构控制(DI-SVSC)

2.2.1 积分滑模控制

2.2.2 非线性微分与积分滑模变结构控制(DI-SVSC)

2.2.3 电液伺服系统的非线性微分与积分滑模变结构速度跟踪控制

2.3 非线性微分与积分滑模自适应控制

2.3.1 积分滑模自适应控制

2.3.2 非线性微分与积分滑模自适应控制(DI-SMAC)

2.3.3 电液伺服系统位置跟踪控制

2.4 本章小节

第三章 时变滑模自适应控制

3.1 前言

3.2 二阶非线性系统时变滑模自适应控制

3.2.1 时变滑模面的定义

3.2.2 时变滑模控制

3.2.3 自适应控制

3.3 高阶非线性系统的两级时变滑模自适应控制

3.3.1 两级时变滑模面的定义

3.3.2 两级时变滑模控制器的设计

3.3.3 两级时变滑模自适应控制

3.4 电液伺服系统的时变滑模自适应位置跟踪控制

3.4.1 两级时变滑模自适应控制器设计

3.4.2 仿真实验

3.5 本章小节

第四章 多滑模鲁棒自适应控制

4.1 前言

4.2 参数不确定型多滑模鲁棒自适应控制

4.2.1 多滑模控制

4.2.2 鲁棒自适应控制

4.3 参数及结构均不确定型多滑模鲁棒自适应控制

4.3.1 非线性函数h(x)的选取

4.3.2 多滑模鲁棒自适应控制

4.4 多滑模鲁棒自适应控制在电液伺服系统中的应用

4.4.1 电液伺服闭环控制系统

4.4.2 电液伺服闭环系统多滑模鲁棒自适应控制器设计

4.4.3 仿真研究

4.5 本章小节

第五章 液压主动悬架的非线性自适应控制

5.1 前言

5.2 简单主动悬架系统

5.2.1 动力学模型

5.2.2 控制目标函数的选取

5.2.3 控制器设计

5.2.4 零动力学分析

5.2.3 系统频率特性分析

5.3 液压主动悬架系统

5.3.1 带有非线性滤波器的目标控制函数

5.3.2 液压主动悬架系统动力学模型

5.3.3 主动悬架的非线性自适应控制

5.4 仿真实验

5.5 本章小节

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.1.1 非线性微分与积分滑模自适应控制

6.1.2 时变滑模自适应控制

6.1.3 多滑模鲁棒自适应控制

6.1.4 液压主动悬架的非线性自适应控制

6.2 进一步的研究工作

参考文献

致谢

博士期间发表及录用的论文

发布时间: 2006-07-12

参考文献

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