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不确定离散时间系统滑模控制研究

孙娜娜  
【摘要】:滑模控制作为一种处理不确定系统的鲁棒控制方法,近三十年来受到研究人员的广泛关注,并在连续控制系统中取得了丰硕的研究成果,同时随着计算机控制的广泛应用,离散时间系统的滑模控制问题也日益开始受到重视。然而,由于实际采样过程的限制,使得离散滑动模态的特性、存在和到达条件都与连续情况存在本质的不同,而且,在实际控制系统中不可避免地存在着各种不确定因素,也会影响到控制系统的性能,甚至导致系统失稳。因此,关于不确定离散时间系统滑模控制方法的研究具有非常重要的理论与实际意义。 本文对离散时间系统滑模控制的研究现状进行了分析与总结,指出了已有研究工作存在的问题,在此基础上,分别对存在外部干扰、执行器可能发生故障、执行器非线性受限等情况下的离散系统滑模控制问题展开了研究,并取得了一些有意义的研究成果。 本文主要研究工作包括: (1)针对一类存在外部干扰的离散时间系统,设计了一种最优拟积分型切换面,使整个动态过程对于外部干扰具有完全的鲁棒性,同时,结合离散趋近律方法设计了一种新的滑模控制律,证明了离散滑动模态的可达性,给出了准滑动模态的带宽,最后,通过数值仿真例子验证了该控制方法的有效性; (2)研究了一类不确定离散时滞系统的滑模可靠控制问题,其中,被控系统的执行器可能发生故障。给出了执行器故障模型的表达形式,构造了一种拟积分型切换面和滑模控制律,给出了系统滑动模态渐近稳定的充分条件,所设计的离散滑模控制律可以保证在执行器可能发生故障情况下系统滑动模态的可达性。数值仿真进一步验证了所设计方法的有效性; (3)针对含有死区和饱和输入的不确定离散时滞系统,给出了滑模控制的设计方法,其中,不仅系统状态矩阵可能存在不确定性,而且控制输入矩阵也可能发生参数不确定性。通过构造一种拟积分型切换面,可以保证滑模控制的不变性扩大到整个状态空间,并利用李亚普诺夫函数和线性矩阵不等式方法给出了闭环系统渐近稳定的充分条件,所设计的滑模控制律可以保证在死区饱和输入影响下系统的滑动模态仍是可达的。数值仿真验证了该算法的有效性。


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