非线性系统的滑模控制研究

【摘要】：建立在微分几何理论基础上的非线性系统的解耦与静态反馈线性化控制,使得非线性系统的研究模式摆脱了局部线性化和小范围运动的限制,实现了系统的大范围分析和综合。但是,微分几何控制必须依赖于系统的精确数学模型,而实际的控制系统往往受到时滞,参数不确定性以及外部扰动的影响,这为系统的分析与设计带来很大的困难。 本文深入研究了非线性系统滑模控制理论,利用变结构控制的滑动模态对于参数摄动以及外部扰动的鲁棒特性,与微分几何理论相结合,既提高了系统的鲁棒性,又解决了非线性系统滑模面不易构造的难题。本文提出的控制策略减弱了非线性系统滑模控制相关文献中对于系统数学模型以及不确定性的严格限制条件。此外,由于滑模控制系统的强鲁棒性只是存在于系统的滑动模态上,而其趋进模态的鲁棒性差一直是无法忽视的问题。本文提出了利用动态控制参数进行补偿,动态的控制参数不但用于削弱抖振的影响,还用于补偿参数摄动对系统趋近模态的影响。 实际系统中普遍存在的非线性时滞系统由于其双重复杂性,相关的控制理论研究进行的很少。鉴于控制应用的实际需要,本文分别利用精确线性化理论与滑模控制策略针对非线性时滞系统进行解耦控制。文中提出了系统可解耦的充分条件,并比较了两种方法对于数学模型的限制条件以及各自闭环系统的鲁棒性。 不确定非线性系统的鲁棒控制研究一直深受重视,由于鲁棒控制理论的实质是在牺牲一定的性能指标的前提下,提高了系统的鲁棒性。这种鲁棒控制策略常常限制了闭环系统的带宽,因而降低了系统的跟踪性能与抗干扰性。滑模控制是提高系统鲁棒性的有效方法,但是由于非线性系统的滑模面的构造相当困难,因而限制了滑模控制在非线性系统控制中的应用。本文深入研究了非线性系统的滑