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几类不确定非线性系统滑模控制策略的研究

刘伟  
【摘要】:由于实际的工程系统中广泛存在未建模动态、模型参数变化以及未知的外界扰动等不确定性因素,对被空对象的稳定控制或快速精准跟踪控制具有潜移默化的影响。近年来,由于滑模控制对系统内部参数摄动、系统未建模动态和外部扰动干扰等不确定性因素具有较强的鲁棒性的特点,使得滑模控制成为了一个研究热点。本文结合对干扰进行估计的扰动观测器、RBF神经网络逼近原理以及终端滑模有限时间控制方法,针对具有存在未建模动态、模型参数变化以及未知的外界扰动等不确定性因素的不确定非线性系统的快速准确稳定地跟踪控制问题,设计了三种新型的改进型滑模控制策略。其中研究内容包括如下几点:研究了一类存在系统建模简化以及外部扰动作用的SISO不确定非线性系统的跟踪控制问题,一种结合RBF网络和扰动观测的有限时间内系统快速稳定的非奇异快速终端滑模控制方法。首先,新型非奇异快速终端滑模面被设计确保系统有限时间快速收敛,并联合具备光滑性的双幂次趋近律进而设计系统控制器。然后,通过RBF网络接近系统模型中未知的非线性功能。接着,被控系统的扰动量采用扰动观测器对其进行估计,并与滑模控制器相结合,提出一种新的抗扰控制策略。最后,不失一般性的对倒立摆系统采用模拟仿真研究方法,对系统控制方案的可行性和有效性进行验证。研究了一类具有模型部分未知、外部扰动和噪声干扰的二阶欠驱动不确定非线性系统跟踪控制问题,设计基于滑模观测器的双闭环分层积分终端滑模控制方案。首先将系统的拉格朗日模型转化为仿射模型,并依据被控系统具有的独特结构设计滑模观测器。其次,利用观测器的估计状态设计外环积分终端滑模控制器,并通过低通滤波器对外环控制器的输出进行滤波。接着,采用分层滑模控制方法设计内环分层积分终端控制器。最后,对小车倒立摆系统进行仿真实验,仿真结果清楚地显示了控制策略的有效性。研究了一类具有建模部分未知和控制信号扰动的高阶欠驱动不确定非线性系统,设计一种采用自适应调节和扰动观测的滑模控制方案。首先将系统分解为n个子系统,并对每个子系统设计一个非奇异的快速终端滑动面。然后,通过系统的物理结构,设计了层状滑动面。接着,运用扰动观测器对被控系统的建模过程中产生的未知模型进行估计,避免控制器的设计过程中需要预先了解被控系统的具有结构和参数的局限性。同时,由于干扰观测器对干扰估计过程中往往存在着估计误差,采用一种自适应律来调整控制器性能,降低估计误差对系统控制过程中产生的影响。最后,对二级倒立摆系统进行了仿真研究,仿真结果表明了该方法的有效性。最后,统括全文研究内容进行了总结归纳分析,指出了一些可能有待改进的研究方向。


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