基于可拓控制的离散变结构系统组合控制策略的研究

论文摘要

变结构控制是五十年代末发展起来的一类控制算法，由于它对系统参数摄动和外干扰具有鲁棒性，因而受到了世界范围的重视。变结构控制成功地应用到了许多方面，如机器人手臂、发电机及电力电子系统。近年来，随着计算机技术的飞速发展和工业自动化领域的实际需要，控制算法的实现经常利用数字计算机，但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，理想的滑动模态不存在，状态轨迹以抖振的形式沿着滑动平面运动，这不利于工程实际应用。同时，在离散的情况下，滑动模态的性质、存在条件及其到达条件都已经改变，因此研究离散系统变结构控制方法对降低抖振具有重要的理论价值和实际意义。本文在变速趋近律、指数趋近律和可拓控制的基础上提出了一种新的控制策略，其主要内容包括如下几个方面：1．回顾了离散变结构控制与可拓控制的产生背景及意义，以及两者结合产生的基于可拓控制的离散变结构系统组合控制策略研究的必要性。2．给出了离散时间系统变结构控制的有关概念，分析了离散时间系统滑动模态的到达条件、存在条件和稳定性问题。3．给出了可拓控制的基本概念、基本结构、可拓集合的性质和可拓控制的基本算法。4．将可拓控制与离散变结构控制相结合，针对离散变结构控制系统提出了一种新的控制策略。通过对指数趋近律、变速趋近律和本文提出的控制策略仿真对比说明，新的组合控制策略能够有效的减小抖振提高系统的动态性能。5．论文最后，对全文进行总结，对后续工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 离散变结构控制的研究现状
• 1.3 离散变结构控制存在的问题
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第2章 离散时间系统的变结构控制
• 2.1 变结构控制系统
• 2.1.1 变结构控制
• 2.1.2 变结构控制的基本特征
• 2.1.2.1 定义
• 2.1.2.2 到达条件和趋近律
• 2.1.2.3 滑动模态的存在条件
• 2.1.2.4 滑动模态的稳定性
• 2.1.2.5 等价控制
• 2.1.2.6 滑动模态的不变性原理
• 2.2 离散时间系统变结构控制
• 2.2.1 基本定义与概念
• 2.2.1.1 到达条件
• 2.2.1.2 准滑动模态
• 2.2.1.3 理想准滑动模态
• 2.2.1.4 非理想准滑动模态
• 2.2.2 准滑动模带
• 2.2.3 准滑动模态的稳定性
• 2.2.4 基于衰减控制的离散变结构控制
• 2.2.4.1 衰减控制
• 2.2.4.2 离散指数趋近律与衰减控制
• 2.2.4.3 基于衰减控制的变速趋近律
• 2.3 本章小结
• 第3章 可拓控制
• 3.1 概述
• 3.1.1 可拓控制的提出
• 3.1.2 可拓控制的研究现状
• 3.1.3 可拓学的理论框架
• 3.2 可拓集合
• 3.2.1 可拓集合的概念
• 3.2.2 关联函数
• 3.3 可拓控制
• 3.3.1 可拓控制的基本概念
• 3.3.2 可拓控制器的结构和原理
• 3.3.3 可拓控制器的设计方法
• 3.3.3.1 基本可拓控制器的结构
• 3.3.3.2 特征量的选取和特征模式的确定
• 3.3.3.3 特征状态关联函数的计算
• 3.3.3.4 测度模式的划分
• 3.3.3.5 确定控制模式和计算控制器输出
• 3.3.3.6 上层可拓控制器
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于可拓控制的离散变结构系统组合控制策略的研究及其仿真
• 4.1 组合控制策略问题的提出
• 4.2 可拓控制在组合控制策略中的使用
• 4.2.1 特征量的选取与关联度的计算
• 4.2.2 Sugeno 模糊补
• 4.2.3 组合控制策略
• 4.3 仿真研究
• 4.3.1 仿真研究Ⅰ
• 4.3.2 仿真研究Ⅱ
• 4.3.3 单级倒立摆的仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的论文目录