收藏本站
《浙江大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于预测控制策略的离散滑模控制研究

肖玲斐  
【摘要】: 滑模控制(SMC)理论从其出现至今已有半个多世纪的时间,然而其研究成果尚还主要集中在连续系统的分析与综合中。随着计算机技术的日益普及和数字控制器、执行器的广泛使用,对离散滑模控制理论与应用的研究越来越受到科研工作者和工程应用人员的关注。本论文针对传统SMC需要较大的控制力驱使状态到达滑模面、系统鲁棒性的强弱依赖于不确定项上界等不足,在离散滑模控制器的设计中引入预测控制(MPC)策略。以一般线性系统及几类典型的非线性系统为对象,考虑系统的镇定问题和跟踪问题,通过借用模型算法控制:和广义预测控制思想,构造不同的滑模预测模型(SMPM),采用合适的滑模参考轨迹,运用反馈校正和滚动优化技术,设计了适用于不同系统的预测滑模控制器。理论分析和仿真研究验证了预测滑模控制相比于传统滑模控制的优越性,直升机高度和水箱液位的预测滑模控制实验结果进一步说明了论文中所提方法的有效性和实用性。 本论文的主要研究内容包括: 1.针对由CARIMA(Controlled Auto-Regressive Integrated Moving Average)模型所描述的一类系统,提出了一种广义预测滑模控制算法。该算法的设计分四个部分:首先,在给出了期望滑模面之后,建立了一个基于系统伴随矩阵的SMPM,用以预测滑模的未来信息;其次,为了驱使SMPM的输出平滑地到达滑模面,设计了合适的滑模参考轨迹;再次,通过定义一个与SMPM输出相关的函数作为性能指标,并基于滚动优化,得到了增量形式的广义预测滑模控制律;最后,结合参数辨识方法,用以在线辨识CARIMA模型参数。由于基于CARIMA模型的广义预测控制算法能够方便地处理控制时滞,我们的算法也能方便地推广到控制时滞系统。 2.针对一般离散线性系统,考虑给定运动轨迹的跟踪问题。为了对匹配和不匹配不确定项都具有强鲁棒性,且得到优化的控制量,把MPC结合到SMC中。借用全程滑模的观点,设计出新颖的SMPM;基于一阶惯性环节,构造了滑模参考轨迹,进而保证良好的趋近模态;使用反馈校正和滚动优化观点,系统的不确定项,无论其是否满足匹配条件,均能及时得到补偿;二次型指标中包含了控制量的惩罚项,可以协调滑模预测跟踪误差和控制输入对性能指标的影响;求解二次型指标得到了非切换型的滑模控制器,因而系统中不存在抖振;严格的理论分析证明了闭环系统的鲁棒稳定性。 3.针对过程模型可分离为线性部分和非线性部分的系统,将非线性反馈通道沿着在预测时域内已知的某参考轨迹线性化,得到了系统的时变线性模型。为系统指定了合适的滑模面之后,根据所得时变线性系统的标称模型,设计出SMPM。通过反馈校正和滚动优化,得出了无约束情况下的系统优化控制解。理论分析证明闭环系统对有界变化律的匹配和不匹配不确定项具有强鲁棒性。数值仿真说明相比于传统高氏趋近律DSMC方法,所提算法使得闭环系统具有更强鲁棒性和更快的收敛速度,同时不存在抖振。当解存在时,所提方法适用于带约束系统。由于将系统非线性模型转换成了时变线性模型,系统的优化问题是一个二次规划问题,而不是非线性规划问题,因而大大减少了计算量。 4.针对下三角规范型离散非线性系统,考虑SMC设计问题。在保证滑模面具有期望性能之后,通过为系统设计时变SMPM,利用反馈校正修正SMPM以实现对不确定项的及时补偿。使用滚动优化,我们得出了优化的预测滑模控制器。理论证明闭环系统具有鲁棒稳定性,不需要不确定项的上界已知,且在采样时间较小或系统不确定性和外部干扰变化较慢时,准滑模带宽可以很小。数值仿真表明,所提算法相比于传统高氏趋近律DSMC方法,闭环系统具有更强的鲁棒性,状态收敛更快,控制信号峰值更小以及不存在抖振。 5.针对一类离散不确定非线性耦合系统,提出了预测滑模控制算法。受递归滑模思想的启发,设计了一种SMPM。考虑到模型失配问题,利用预测滑模输出值和实测滑模值之间的差值来对SMPM进行反馈校正,进而应用滚动优化,导出非切换型的滑模控制器。滑模的可达性通过迫使滑模预测值跟踪期望的滑模参考值来实现。由于滚动优化和反馈校正的引入,及时补偿了不确定项对系统的影响,从而保证了闭环系统具有强鲁棒性。鲁棒分析证明了即使当不确定性和外部干扰的界未知时,闭环系统也可以实现鲁棒稳定。数值和旋转倒立摆的仿真结果验证了所提算法的有效性。 最后是全文的总结和展望。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP273

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 汪玉凤;孙宝;赵成博;;自适应离散滑模控制在APF中的应用研究[J];电气传动;2012年08期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 程相勤;基于滑模理论的欠驱动UUV空间曲线路径跟踪控制[D];哈尔滨工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 伍星;微冲裁系统模态分析及视觉定位与冲裁控制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 俞利国;基于Linux的嵌入式间歇染色机控制器研究与开发[D];浙江理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙常胜,陈杰,窦丽华;基于最优化的坦克稳定器滑动模态变结构控制[J];兵工学报;2001年01期
2 徐颖,郑尚德;变结构广义预测控制[J];中国纺织大学学报;2000年04期
3 周建锁,刘志远,裴润;一种非线性连续预测变结构控制方案[J];电机与控制学报;2000年04期
4 马克茂,王子才,张德成;离散时间系统变结构控制的新方法[J];电机与控制学报;2001年03期
5 符建国,曾庆军,谢成祥,黄国建;基于模型预测变结构控制交流伺服系统[J];电机与控制学报;2003年02期
6 宋立忠,陈少昌,姚琼荟;多输入离散时间系统滑模预测控制[J];电机与控制学报;2005年02期
7 伍言真,丘水生,陈艳峰;DC/DC开关变换器滑模变结构控制的新方案[J];电子学报;2000年05期
8 胡剑波,陈新海;反馈线性化系统的非线性预测滑模控制[J];航空学报;1997年05期
9 刘春梅,沈毅,胡恒章,王焕刚;PREDICTIVE VARIABLE STRUCTURE CONTROL FOR A CLASS OF NONLINEAR SYSTEM[J];Chinese Journal of Aeronautics;1999年04期
10 李勇,吴宏鑫;挠性航天器旋转机动的变结构控制[J];航天控制;1996年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谢建华;;基于神经网络滑模变结构的BLDC伺服控制系统[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2011年03期
2 吴剑威;唐立新;;基于根轨迹法与串联PID法的激光操作控制系统设计[J];合肥师范学院学报;2010年03期
3 钟伟红;关宏伟;;基于单纯形法的PID参数优化设计[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年03期
4 杨玉东;刘保连;;基于模糊滑模控制器的PMSM伺服系统[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年06期
5 程泽武;;成品烟箱输送装置的改进设计[J];安徽建筑;2010年06期
6 焦俊;;基于LS-SVM的采摘机器人运动变结构控制[J];安徽农学通报;2008年18期
7 刘静;;基于预测控制理论的水产品价格模型[J];安徽农业科学;2011年36期
8 张庆丰;郑睿;陈宗祥;;一种基于滚动窗口的AGV动态路径规划算法[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2011年02期
9 吴丽娟;DMC-PID串级控制算法[J];鞍山钢铁学院学报;2000年02期
10 孔祥梅;李宏光;;滑模控制中一类趋近律的改进[J];鞍山科技大学学报;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李德伟;席裕庚;;有界扰动系统基于集结的鲁棒预测控制器设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 张益波;任佳;;一种基于支持向量机与全局鲁棒性的变结构控制算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 张健;孙鹤旭;雷兆明;梁涛;;一种基于干扰观测器的滑模控制器设计方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 张颖;巢志骏;席裕庚;;预测调度算法在单机问题中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 吴义虎;宋丹丹;侯志祥;袁翔;;车辆横摆角速度的广义预测控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 王孝红;吴姝芹;申涛;范勇;;灰色预测控制及在篦冷机系统中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 魏乐;房方;;单元制发电机组主蒸汽温度的负荷调度控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 ;Variable Structure Control Method for Discrete-Time System[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 杨林;樊立萍;;基于模糊的电气伺服系统等效滑模变结构控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 刘现明;高存臣;;基于观测器的时变时滞离散系统的变结构控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张宏瀚;高性能U型减摇水舱系统设计与控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 梁燕军;海洋平台非线性系统最优减振控制研究[D];中国海洋大学;2010年
5 刘翔宇;基于直接横摆力矩控制的车辆稳定性研究[D];合肥工业大学;2010年
6 王前;开关电源的协同控制理论及脉宽调制应用技术研究[D];华南理工大学;2010年
7 陈江辉;Buck型逆变器高阶系统布尔型滑模控制及反馈线性化最优控制研究[D];华南理工大学;2010年
8 罗石;线控转向系统主动安全预测控制策略的研究[D];江苏大学;2010年
9 周猛飞;延迟焦化工业过程先进控制与性能评估[D];浙江大学;2010年
10 罗珂;基于输出预测和LMI方法的电力系统广域阻尼控制研究[D];山东大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张蛟龙;平面二级倒立摆的控制策略研究[D];河南理工大学;2010年
2 李华英;航空发动机多变量鲁棒控制方法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 刘鲁艳;基于PJR-2X型喷浆机器人的开放式算法平台研究与设计[D];山东科技大学;2010年
4 程慧;基于神经网络的两类问题研究[D];广西师范学院;2010年
5 许继影;一类非线性时滞系统的稳定性及鲁H_∞控制[D];广西师范学院;2010年
6 徐玉颖;气垫式流浆箱智能解耦控制系统[D];浙江理工大学;2010年
7 何凤平;迟滞系统的滑模变结构控制算法研究[D];浙江理工大学;2010年
8 吴夏来;广义预测控制简化算法研究[D];浙江理工大学;2010年
9 武海博;预测函数控制系统的鲁棒性研究[D];郑州大学;2010年
10 金彩霞;离散时间系统的自适应输出反馈镇定[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 于传强;郭晓松;马长林;张安;;导弹起竖过程的非线性预测控制[J];兵工学报;2008年11期
2 彭秀艳,李小军,沈艳,赵希人;大型船舶航迹多变量随机最优控制[J];船舶工程;2003年03期
3 熊华胜,边信黔,施小成;积分变结构控制原理在AUV航向控制中的应用仿真[J];船舶工程;2005年05期
4 王智学;边信黔;王奎民;刘云霞;;近壁面水动力干扰下的AUV运动控制研究[J];船舶工程;2006年05期
5 曾静;薛定宇;袁德成;;非线性系统的多模型预测控制方法[J];东北大学学报(自然科学版);2009年01期
6 孙宜标,郭庆鼎,石丽梅;基于推力观测器的直线式交流伺服系统滑模变结构控制[J];电工技术学报;1998年02期
7 周建锁,刘志远,裴润;一种非线性连续预测变结构控制方案[J];电机与控制学报;2000年04期
8 刘殿通,易建强,谭民;不确定欠驱动非线性系统的模糊滑模控制[J];电机与控制学报;2003年03期
9 宋立忠,陈少昌,姚琼荟;多输入离散时间系统滑模预测控制[J];电机与控制学报;2005年02期
10 陈宗雨;王有庆;李从心;;基于模型参考自适应滑模控制的直线电机速度环研究[J];电机与控制学报;2006年02期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赖旭芝;一类非完整欠驱动机械系统的智能控制[D];中南大学;2001年
2 沈继红;灰色系统理论预测方法研究及其在舰船运动预报中的应用[D];哈尔滨工程大学;2002年
3 朱齐丹;具有非驱动关节的机器人控制研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
4 韩冰;欠驱动船舶非线性控制研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
5 苏成利;非线性模型预测控制的若干问题研究[D];浙江大学;2006年
6 吴玉香;滑模控制理论及在移动机械臂中的应用[D];华南理工大学;2006年
7 翟军勇;基于多模型切换的智能控制研究[D];东南大学;2006年
8 张日东;非线性预测控制及应用研究[D];浙江大学;2007年
9 祝晓才;轮式移动机器人的运动控制[D];国防科学技术大学;2006年
10 郭启刚;热工过程多模型控制理论与方法的研究[D];华北电力大学(河北);2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 齐治国;船用锅炉汽水系统数学建模及仿真的研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
2 李彦琴;RBF型神经网络预测控制在卫星姿态仿真系统中的应用技术研究与试验[D];北京化工大学;2003年
3 任洪亮;多模型控制理论在AUV运动控制中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
4 陈惠滨;基于嵌入式系统的信息终端的设计[D];浙江大学;2005年
5 林春;永磁同步直线电机伺服控制系统研究[D];浙江大学;2005年
6 叶顺流;基于ARM的嵌入式Linux研究与实现[D];重庆大学;2005年
7 杜海涛;基于变结构广义预测控制的并条机自调匀整系统仿真[D];东华大学;2006年
8 韩静;舰用增压锅炉热平衡及动态仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
9 曹占伟;船用增压锅炉汽水系统建模与动态仿真[D];哈尔滨工程大学;2007年
10 刘国才;大型船舶锅炉汽包水位控制系统的设计与研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谢成祥,曾庆军,徐绍芬;舰炮交流伺服系统模糊滑模控制器设计[J];船舶工程;2001年04期
2 蒋泽清;牟道槐;;同步发电机与异步发电机联合运行的最优励磁控制[J];电工技术;2000年02期
3 葛宝明 ,王祥珩 ,苏鹏声 ,蒋静坪;模型算法控制的交流位置伺服系统[J];电气传动;2001年04期
4 何大愚;柔性交流输电系统概念研究的新进展[J];电网技术;1997年02期
5 郑尚德;新型橡胶硫化仪研制[J];电子技术应用;1995年12期
6 石文,吴忠,程仁杰,黄香馥;功率因数校正系统的滑模控制[J];电子学报;1997年05期
7 宋云霞,朱学峰;大时滞过程控制方法及应用[J];化工自动化及仪表;2001年04期
8 徐国顺,姚琼荟,吴汉松;固定形式的变结构控制对应的趋近律[J];海军工程学院学报;1998年04期
9 高为炳,程勉,曾文陵;柔性空间飞行器的变结构控制[J];航空学报;1988年05期
10 李向荣,赵遵廉,杨永康;灵活交流输电系统的研究及进展[J];华中电力;1997年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜保林;张安年;丁喆;陈壬辰;;基于神经网络的河南省经济增长模型[J];河南科技大学学报(自然科学版);2006年06期
2 周永华;王朋;吴品;王阳鹏;;列车运行调度的现状及展望[J];计算机工程;2011年09期
3 凌云;谢剑英;;基于领域知识和遗传算法的电梯群控系统的滚动优化[J];电气自动化;1998年04期
4 杨红;罗飞;许玉格;梁筱斌;;基于混沌优化的LS-SVM非线性预测控制方法[J];计算机工程与应用;2010年05期
5 王雪松;程玉虎;郝名林;;基于细菌觅食行为的分布估计算法在预测控制中的应用[J];电子学报;2010年02期
6 任敏;霍霄华;;基于异步双精度滚动窗口的无人机实时航迹规划方法[J];中国科学:信息科学;2010年04期
7 易军;费敏锐;;基于三次样条滚动优化多步预测算法的网络学习控制[J];信息与控制;2006年01期
8 张晴;陈知美;顾幸生;;具有滚动优化特性的改进型蚁群算法及其在提前/拖期Job Shop问题中的应用[J];华东理工大学学报(自然科学版);2008年01期
9 秦肖臻;;合成氨变换工段的多变量动态矩阵控制[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);1990年02期
10 郭志诚;;广义预测控制算法的改进与仿真[J];自动化仪表;1992年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 董陵;沈炯;李益国;;基于免疫原理的模型预测控制方法及其在过热汽温控制中的应用[A];2004电站自动化信息化学术技术交流会议论文集[C];2004年
2 林霞;陈增强;孙青林;袁著祉;;比例积分型预测函数控制[A];第二十四届中国控制会议论文集(上册)[C];2005年
3 王贞;郭西进;;网络控制系统具有时延补偿的离散滑模预估控制[A];2005年全国自动化新技术学术交流会论文集[C];2005年
4 王贞;郭西进;;网络控制系统具有时延补偿的离散滑模预估控制[A];2005全国自动化新技术学术交流会论文集(二)[C];2005年
5 蒋志刚;戴小鹏;喻飞;张林峰;;一种基于动态矩阵控制的预测控制建模[A];2005通信理论与技术新进展——第十届全国青年通信学术会议论文集[C];2005年
6 尹洋;夏立;宋立忠;;基于T-S模糊模型的网络控制系统自适应滑模控制[A];中国自动化学会中南六省(区)2010年第28届年会·论文集[C];2010年
7 邹恩;;基于一步预测控制的随动系统[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
8 戴斌;王华民;刘庆丰;冷朝霞;;基于滑模的感应加热电源电流控制方案[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年
9 闻育;吴铁军;;城市交通控制在线滚动优化方法[A];第二十届中国控制会议论文集(下)[C];2001年
10 李月英;申东日;陈义俊;李素杰;;基于RBF神经网络的预测控制的优化设计[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 杨武 曾汲;甘肃省电力公司启动“三节约”增效活动[N];甘肃日报;2009年
2 张旭;东北公司全面加强农网建设[N];国家电网报;2009年
3 陈非 周祥宝 (记者 陈非);江苏公司全面推进“三节约”活动[N];国家电网报;2009年
4 记者 姜力祺;公司举办电网规划培训班[N];国家电网报;2007年
5 本报记者 张旭;强化精益管理 推动公司发展再上新台阶[N];东北电力报;2008年
6 特约撰稿 殷伍金;电力规划变局[N];华中电力报;2004年
7 记者 苏稻香通讯员 张虹;珠海抓紧时机取淡水[N];南方日报;2007年
8 记者 牟宗艳;提高服务水平 当好决策参谋[N];中国石化报;2008年
9 记者 曾惠娟;公司部署750千伏电网安全稳定工作[N];国家电网报;2009年
10 王贵生;岢岚农民,真发了“羊”财[N];山西经济日报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 肖玲斐;基于预测控制策略的离散滑模控制研究[D];浙江大学;2008年
2 邹健;智能预测控制及其应用研究[D];浙江大学;2002年
3 陈晓方;面向流程企业的原料供应规划模型智能决策及其应用[D];中南大学;2004年
4 霍霄华;多UCAV动态协同任务规划建模与滚动优化方法研究[D];国防科学技术大学;2007年
5 马苗苗;约束系统的干扰抑制策略及其应用研究[D];吉林大学;2009年
6 慈元卓;面向移动目标搜索的多星任务规划问题研究[D];国防科学技术大学;2008年
7 彭辉;分布式多无人机协同区域搜索中的关键问题研究[D];国防科学技术大学;2009年
8 朱志斌;基于滚动优化的双足机器人动态步态规划研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
9 张雪菲;状态观测器在航空相机俯角控制系统中的应用研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
10 岳俊红;复杂工业过程多模型预测控制策略及其应用研究[D];华北电力大学(北京);2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 于树友;基于滚动优化的约束H_∞主动悬架控制系统研究[D];吉林大学;2005年
2 孙东卫;都江堰水利自动化控制系统设计[D];电子科技大学;1999年
3 禹柳飞;神经网络技术在预测控制中的应用研究[D];湖南大学;2003年
4 段向军;基于神经网络的预测控制方法研究[D];大庆石油学院;2005年
5 吴勃夫;基于预测控制的汽车主动悬架与电动助力转向系统集成控制优化设计[D];合肥工业大学;2006年
6 屠小娥;基于神经网络的非线性预测控制研究[D];兰州理工大学;2007年
7 张东;LF精炼炉电极智能控制的研究及实现[D];西安科技大学;2008年
8 岳雅;非线性预测控制研究及其仿真[D];西安科技大学;2008年
9 张海龙;基于神经网络的智能预测控制理论研究[D];大庆石油学院;2008年
10 徐磊;基于Hammerstein/Wiener模型的非线性预测控制及其仿真研究[D];湖南大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026