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《中国海洋大学》 2012年
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变结构控制策略及在广义系统与Delta算子系统中设计研究

刘云龙  
【摘要】:变结构控制是现代控制技术中一种先进的非线性反馈控制,主要包括无滑模变结构控制、滑模控制和切换监督控制等控制策略。软变结构控制通过连续选择参量改变控制器结构实现状态信号变化,是一种无滑模变结构控制策略。软变结构控制具有调节精度高,响应速度快,几乎不产生系统抖振等优点。滑模控制系统在滑动模态区域,沿着预置的切换面趋近于系统平衡状态。在一定的匹配条件下,滑模控制对系统内部参数摄动和外部干扰具有完全鲁棒性,但可能引起系统抖振。变结构控制逐渐在机器人模型、航空航天、化工流程、电机电网等许多实际领域中得到推广和应用。广义系统比正常系统更具广泛形式,在于广义系统不仅考虑系统鲁棒性和稳定性,且需分析系统是否具有正则性和无脉冲性(或因果性),后者对于正常系统是无需考虑的。Delta算子系统可统一描述连续系统和离散系统,Delta算子理论广泛应用于高速信号处理和数字采样控制系统。 本论文首先综述了变结构控制策略的起源和发展,广义系统的变结构控制和Delta算子系统的变结构控制研究现状。在此基础上,系统地研究了输入受限连续系统的软变结构控制策略、不确定离散系统基于趋近律方法的滑模控制策略、广义系统的变结构控制设计和Delta算子系统的变结构控制设计等问题。论文的主要结果概括如下: 1.研究了控制输入受限连续系统的软变结构控制策略。给出了软变结构控制的定义和控制器的结构模式,基于隐Lyapunov函数给出了控制不受限和控制受限两种情形的软变结构控制,给出了带有状态观测器的软变结构控制系统。讨论了动态软变结构控制。给出了基于S类函数的软变结构控制,设计了基于双曲正切函数的软变结构控制器。基于sigmoid函数,给出了自主水下航行器的软变结构控制策略,仿真实验表明了软变结构控制策略的有效性。 2.研究了不确定离散系统基于趋近律方法的滑模控制策略。分析和比较了常见离散趋近律,给出了理想趋近律定义,设计了基于扰动补偿理想趋近律的离散滑模控制。给出了基于S类变速趋近律的离散滑模控制,综合了指数趋近律和变速趋近律情形的优点。最后将滑模控制策略应用到高新企业知识员工系统。 3.研究了输入受限连续广义系统的动态软变结构控制设计问题。描述了广义系统及其解的特征。给出了广义系统软变结构控制器的结构模式。分析了广义系统动态软变结构控制的稳定性,构造了广义系统的动态软变结构控制器,给出了广义系统动态软变结构控制的具体算法。 4.研究了非匹配不确定离散广义系统的滑模控制设计问题。设计了具有前级状态向量的动态切换函数,使得系统保持在切换带内稳定。给出了两种带有扰动补偿的离散广义趋近律,所设计的滑模控制系统消除了不确定项必须有界的限制,不必满足匹配条件。给出了系统准滑动模态保持逐步穿越切换面的必要条件,减小了准滑动模态切换带的带宽。 5.研究了Delta算子系统的滑模控制问题。利用线性矩阵不等式方法给出了切换面存在的充分条件,得到了滑模到达条件。设计了基于指数趋近律和基于理想趋近律方法的Delta算子系统滑模控制器,得到了Delta算子不确定系统滑模控制设计的一般方法,给出了该系统准滑动模态的渐近稳定性结果。最后设计了Delta算子系统的最优滑模控制器。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP13

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