论文题目: 先进滑模控制策略在非线性控制系统中的研究与应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制理论与控制工程
作者: 廖启亮
导师: 胡跃明
关键词: 零动态,高阶滑模控制,免疫滑模控制,非线性系统,动态滑模控制,显式反步法,非完整移动机器人,虚拟实验室
文献来源: 华南理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 自80年代以来，非线性控制系统理论取得了突破性的进展，极大地推动了各种复杂非线性控制对象的应用与开发研究。但在很多实际应用的场合，特别是当系统中存在未知参数、不确定干扰、控制参数不满足匹配条件和模型误差时，这些方法并不能取得预期的控制效果，这使得非匹配不确定非线性系统的鲁棒控制问题成为近几年来控制界的一个研究热点。滑模控制由于算法简单、响应快速、抗干扰性能好，特别适于解决非线性不确定系统的鲁棒控制问题。但其抖振问题却可能造成系统硬件部分的损坏，甚至导致系统不稳定，因而大大限制了它在实际控制问题中的应用。本文提出了免疫滑模控制，通用高阶滑控制和改进动态滑模方法。相对于传统的滑模控制而言，这些方法都可以削弱滑动流形的抖振，从而提高系统的动态特性和控制性能；后者则可以削弱、甚至消除系统输入的抖振，使得滑模控制器更易于实现。同时，针对MIMO非线性系统解耦和控制的问题，提出了基于状态空间重构解耦等新思想，它主要是针对MIMO非线性系统存在的耦合项复杂，难于解耦等特点进行逐步的、系统的状态空间的设计。为一大类MIMO非线性系统提供了系统的解耦的设计框架。基于状态空间重构解耦在设计MIMO不确定系统(特别是当干扰和不确定性不满足匹配条件时)的鲁棒和自适应控制器方面已经显示出它的优越性。非完整移动机器人具有广泛的实际应用背景，近年来已引起国际学术界和工业界的高度重视。该类系统是典型的MIMO高度非线性的非完整力学系统，其运动控制问题非常困难。加之机器人动力学模型中存在的参数不确定性、驱动电机的参数不确定性；同时，由于外界环境和建模等原因，机器人系统也很容易受到外部扰动或未建模动态的影响，这些因素都使得移动机器人成为一类典型的MIMO非线性不确定系统。本文很多研究直接以非完整移动机器人的动力学模型作为应用对象，具有研究的一般性和代表性。本文作为国家自然科学基金资助项目“非对合系统的鲁棒控制及在非完整机器人系统中的应用”的研究内容之一，论述了建立包含驱动电机动力学的机器人动力学模型；论述了利用非线性微分几何方法实现非线性系统的动态反馈线性化；还论述了不确定性时系统的鲁棒线性化。然后对已线性化的子系统应用高阶滑模控制、动态滑模控制实现其轨迹跟踪。最后，针对非线性系统存在的参数不确定性、非匹配不确定性，结合滑模控制、反步法和Lyapunov稳定性理论来实现系统的鲁棒自适应输出跟踪。本文的主体可以分成几个大的部分：一部分是基于可测集重组的高阶滑模控制，基于免疫机理的滑模控制，和基于显式反步法的动态滑模控制的理论研究及其在移动机器人中的应用；另一部分是MIMO非线性系统的解耦和鲁棒控制器的设计；还有一部分是基于滑模控制与计算机仿真结合的虚拟实验室的设计及应用。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
CONTENTS
第一章 绪论
1.1 非匹配不确定非线性系统及其控制策略
1.1.1 非匹配不确定非线性系统
1.1.2 非匹配不确定非线性系统鲁棒控制的研究
1.1.2.1 精确线性化与零动态结合的设计
1.1.2.2 传统的滑模控制
1.1.2.3 先进滑模控制及改进算法
1.2 MIMO非线性系统的解耦
1.2.1 MIMO非线性系统
1.2.2 MIMO非线性系统鲁棒控制的研究
1.3 移动机器人控制策略
1.3.1 非完整移动机器人
1.3.2 基于滑模控制的虚拟实验室
1.3.3 本课题来源与研究内容
1.4 本章小结
参考文献
第二章 非线性系统的零动态精确线性化
2.1 引言
2.2 非线性微分几何控制基础
2.2.1 状态变换与微分同胚
2.2.2 李导数和李括号
2.2.3 可积性与对合性
2.2.4 零动态
2.3 非线性系统的静态线性化
2.3.1 输入—状态线性化
2.3.2 输入—输出线性化
2.3.3 精确线性化的局限性
2.4 精确线性化与零动态结合的设计
2.4.1 动态精确线性化
2.4.2 广义匹配条件下的精确线性化
2.4.3 基于零动态精确线性化的一种算法
2.4.4 非匹配条件下的零动态精确线性化
2.5 本章小结
参考文献
第三章 基于可测集重组的高阶滑模
3.1 引言
3.2 关于高阶滑模的一些基本概念
3.3 高阶滑模控制设计方法
3.4 基于可测集重组的高阶滑模设计
3.4.1 关于可测集的基本概念
3.4.2 基于可测集重组的算法
3.4.3 基于可测集重组的高阶滑模控制器设计
3.5 应用实例
3.6 高阶滑模在具有扰动的快变动力控制系统中的应用
3.6.1 具有扰动的快变动力控制系统与自动化控制技术
3.6.2 高阶滑模在快变动力控制系统中的应用
3.7 本章小结
参考文献
第四章 基于免疫机理的滑模控制及相关设计
4.1 引言
4.2 免疫机理及相关概念
4.3 免疫滑模控制设计
4.3.1 构造滑模控制的免疫模型
4.3.2 免疫应答算法
4.3.3 仿真举例
4.4 基于免疫机理的足球机器人仿真终端的设计
4.4.1 构造足球机器人仿真终端的免疫模型
4.4.2 足球机器人仿真终端的免疫应答算法
4.4.3 免疫算法终端仿真
4.5 本章小结
参考文献
第五章 基于显式反步法动态滑模控制
5.1 引言
5.2 反步法算法及改进思想
5.2.1 自适应反步算法的介绍
5.2.2 基于Lyapunov函数设计反步算法的介绍
5.2.3 Lyapunov函数设计难点及显式控制函数的优点
5.3 动态滑模控制
5.3.1 动态滑模的基本概念
5.3.2 基于GCCF的动态滑模的设计
5.4 基于显式反步法的动态滑模控制控制设计
5.5 应用实例
5.6 本章小结
参考文献
第六章 MIMO非线性系统的解耦及控制
6.1 引言
6.2 一些基础的概念
6.2.1 关于可测集的定义
6.2.2 Hausdorff空间及特性
6.3 基于状态空间重构的MIMO非线性系统解耦
6.3.1 实现前提
6.3.2 基于空间重构的解耦一种算法
6.3.3 实施控制
6.3.4 一些说明
6.4 一类MIMO通用高阶滑模控制
6.4.1 一类MIMO系统通用标准形的构造
6.4.2 构造非线性能控正则型
6.4.3 实现高阶滑模控制
6.5 应用实例
6.6 本章小结
参考文献
第七章 基于滑模控制的虚拟实验室
7.1 引言
7.2 虚拟现实
7.2.1 相关概念
7.2.2 可行性分析
7.3 虚拟实验室的构建
7.3.1 实验室的建立
7.3.2 控制对象的三维模型建立
7.3.3 行为对象的各部件参数定义
7.3.4 实验小车的行为规范
7.3.5 虚拟实验室的主要功能
7.3.6 实验的目的设定
7.3.7 实验效果截图
7.3.8 实验数据的处理
7.4 记录文件和试验数据的后期处理和安全机制
7.4.1 实验数据的存储和比较
7.4.2 实验数据的安全机制
7.5 本章小结
参考文献
结论
攻读博士学位期间发表和完成的论文
基金资助
致谢
发布时间: 2006-10-18
参考文献
- [1].基于最小方差基准的非线性控制系统性能评估研究[D]. 张志.上海交通大学2013
- [2].非线性控制系统的事件触发机制设计[D]. 高永峰.大连理工大学2017
相关论文
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- [2].模糊滑模控制及其在机电系统中应用的研究[D]. 赵永胜.华中科技大学2007
- [3].滑模变结构的智能控制理论与应用研究[D]. 张昌凡.湖南大学2001
- [4].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[D]. 管成.浙江大学2005
- [5].基于预测控制策略的离散滑模控制研究[D]. 肖玲斐.浙江大学2008
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