非线性系统滑模变结构控制理论及应用

论文摘要

滑模变结构控制已经发展成为现代控制理论中的重要分支之一。由于它对系统参数摄动、外界干扰、系统的不确定性等具有完全鲁棒性而受到国内外学者的广泛重视。在变结构控制系统中,通过设计控制信号使系统状态保持在滑模或其邻域内,系统的动态性能由所选取的滑动模态来确定。变结构控制系统滑动模态的稳定性,完全取决于滑动模态的设计。如何选取好的切换函数,如何削弱或消除抖振而又不失强鲁棒性,是滑模变结构控制实际应用时必须解决的首要问题。本文针对这两个问题进行了研究。主要内容包括以下几个方面：第一,在阅读了大量文献的基础上,总结了非线性系统理论的历史及发展现状,介绍了变结构控制理论的起源与发展以及当前滑模变结构控制的主要研究方向。第二,阐述了滑模变结构控制的基本概念,滑动模态的数学描述、基本特性、设计目标与要求,切换函数的选取,滑动模态的不变性及抖振问题。第三,针对系统的动态性能由所选取的滑动模态来确定这一问题,介绍了非线性系统的Terminal滑动模态和全局Terminal滑动模态,并提出了对数型Terminal滑动模态,仿真结果表明了能够取得较好的控制效果。第四,针对Terminal滑模中控制策略的奇异性问题,介绍了一种非奇异Terminal滑模控制,并对现有的滑模控制方法进行改进,为控制系统设计了一种改进的非奇异终端滑模控制器。该方法使系统保持了系统的鲁棒性的同时,使系统状态到达平衡点的时间是有限的并且有较快的收敛速度和较短的收敛时间。仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 非线性系统理论的历史与发展现状
• 1.1.1 非线性控制的经典方法及局限性
• 1.1.2 非线性控制的现代控制理论
• 1.2 变结构控制理论的起源和发展
• 1.2.1 变结构控制理论的起源
• 1.2.2 变结构控制理论的发展
• 1.3 滑模变结构控制的研究方向
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 滑模变结构控制理论的基本内容
• 2.1 滑模变结构系统的基本概念
• 2.2 滑动模态的数学描述
• 2.3 滑动模态的基本特性
• 2.3.1 滑动模态的存在条件
• 2.3.2 滑动模态的到达条件
• 2.3.3 滑动模态的稳定性问题
• 2.4 滑模变结构控制系统的设计
• 2.4.1 变结构控制的设计要求和目标
• 2.4.2 切换函数的选择
• 2.5 变结构控制系统的不变性和抖振问题
• 2.5.1 变结构控制系统的不变性
• 2.5.2 变结构控制系统的抖振问题
• 2.6 本章小结
• 第3章 非线性系统Terminal滑模变结构控制及应用
• 3.1 引言
• 3.2 传统Terminal滑动模态
• 3.3 全局Terminal滑动模态
• 3.3.1 全局Terminal滑动模态的设计
• 3.3.2 全局Terminal滑动模态的特点
• 3.4 对数型Terminal滑动模态
• 3.4.1 二阶SISO系统滑模切换函数与控制策略的选取
• 3.4.2 高阶SISO系统Terminal滑模变结构控制设计
• 3.5 仿真算例
• 3.5.1 仿真算例1
• 3.5.2 仿真算例2
• 3.6 本章小结
• 第4章 非奇异Terminal滑模变结构控制及应用
• 4.1 引言
• 4.2 非奇异Terminal滑模变结构控制
• 4.3 改进的非奇异Terminal滑模变结构控制
• 4.3.1 改进的非奇异Terminal滑动模态设计
• 4.3.2 稳态分析
• 4.4 仿真算例
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间完成的论文情况