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一类欠驱动系统的分层模糊滑模控制

李帅  
【摘要】:欠驱动系统是指系统驱动个数少于系统自由度个数的一类非线性系统。由于驱动装置的缺失,对该类系统的控制算法研究要比全驱动系统复杂,目前仍然没有统一的控制理论适用于这类系统,而且欠驱动系统广泛存在于众多领域,包括航空航天、船舶舰艇、交通运输和机器人等,因此对欠驱动系统的研究不但具有理论意义而且具有很高的实用价值。 近年来,滑模变结构控制由于其强鲁棒性、快速响应和易于实现等特点被广泛研究,而基于滑模控制理论的分层滑模控制方法一经提出,便引来人们大量关注,该方法设计了一种巧妙的增量式总分结构,分别对系统的驱动子系统与未驱动子系统设计一个子滑模面,然后根据这两个子滑模面设计一个总滑模面,最后设计出的控制律可以很好地实现系统稳定。 本文基于分层滑模控制理论主要做了以下两点工作: (1)由于被控对象数学模型往往未知,根据分层滑模控制理论设计的控制律无法得到,而且控制器中参数众多,人工试凑繁琐复杂,因此本文针对一类欠驱系统,将分层滑模控制理论与模糊控制理论、遗传算法等智能控制方法相结合,提出了一种分层模糊滑模控制方法,该方法采用间接自适应模糊逻辑系统逼近被控对象数学模型中的未知非线性函数,然后用遗传算法对控制器中的参数进行优化,最后仿真结果验证了该方法的有效性以及通用性。 (2)基于分层模糊滑模控制理论,设计了一种分层模糊终端滑模控制方法,该方法设计了一种全局快速终端滑模面,该滑模面由于引入了系统状态的高次项,可以使系统在终端滑模面上的收敛速度全局快于线性滑模面,用其替换分层模糊滑模控制方法中的线性滑模面可以有效提高系统收敛速度。最后的仿真结果显示该方法可以取得较好的控制效果。


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