离散时间系统滑模变结构控制理论若干问题研究(罗刘敏).ppt

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1、离散时间系统滑模变结构控制理离散时间系统滑模变结构控制理论若干问题研究论若干问题研究 答辩人：罗刘敏 导 师：郑 艳 副教授硕士论文答辩 主要内容 绪论绪论离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进 结论与展望结论与展望基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计 绪论研究背景及意义研究背景及意义 滑模变结构控制对参数摄动和外界干扰具有很强的鲁棒性。离散时间系统滑模变结构控制由于受采样周期的影响，其滑动模态的性质、存在条件及到达条件都已改变，连续时间系统滑模变结构控制方法难以直接应用于离散时间系统。研究适合于

2、离散时间系统滑模变结构控制方法具有重要的理论价值和实际意义。绪论绪论研究概况研究概况 绪论绪论不等式到达条件等式到达条件存在问题存在问题 绪论绪论抖振问题非匹配不确定性问题 离散时间系统滑模变结构控制趋近离散时间系统滑模变结构控制趋近 律的改进律的改进问题描述问题描述 文献8提出了离散时间指数趋近律：其中，缺点缺点:(1)无法保证系统运动最终趋于原点；(2)没有考虑采样时刻控制力切换量受限情况。(2.1)离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进文献11给出一种变速离散趋近律：缺点缺点：(1)没有考虑两种趋近律切换时控制力突变的 影响；(2)趋近律切换时刻如何

3、界定。文献14提出了一种改进的趋近律：(2.2)(2.3)但这种趋近律在滑模运动的初始阶段仍存在抖振。离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进改进趋近律改进趋近律1 1系统的性能和步数 有关，因此可以考虑引入步数 来消弱抖振。给出如下趋近律：定理定理 1 1 采用改进离散时间趋近律(2.4)设计滑模变结构控制系统，可保证系统在滑动模态阶段的抖振被有效的抑制，且系统状态最终收敛到原点。(证明过程见论文中)(2.4)离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进改进趋近律改进趋近律2 2在实际中，控制力的切换幅度 应尽可能小，其值过

4、大不仅会影响到运动的平稳，实现起来也很困难。在远离切换面时，为了保证系统状态能快速趋近切换面，需要一个较大的趋近律系数 ，将会很大，即控制力的切换幅度会很大，系统的稳定性将会受到影响，故采用变趋近律系数。(2.5)离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进改进趋近律如下：(2.6)定理定理 2 2 采用离散时间趋近律(2.6)设计滑模变结构控制系统，不但可保证系统状态最终收敛到原点,同时可以保证控制力的切换幅度有显著的减小。(证明过程见论文中)离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进仿真研究仿真研究针对二阶离散系统，。，采样

5、时间为1ms,，参数如下：离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进图图2.1 2.1 采用文献采用文献88趋近律的控制输入趋近律的控制输入图图2.2 2.2 采用文献采用文献1414趋近律的控制输入趋近律的控制输入 离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进图图2.3 2.3 采用改进趋近律采用改进趋近律1 1的控制输入的控制输入图图2.4 2.4 采用改进趋近律采用改进趋近律2 2的控制输入的控制输入 离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进离散时间系统滑模变结构控制趋近律的改进 基于预测控制策略的离散时间系基于预测控制策略

6、的离散时间系统全程滑模控制器设计统全程滑模控制器设计问题描述问题描述 如何使系统在整个过程都具有鲁棒性，减小到达滑 模面的时间。利用不确项的有界保证闭环系统的鲁棒稳定性，导 致控制过于保守，抖振严重，且不确定项的界有时 很难获知。不确定性并不一定都是匹配不确定性。基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计预测控制预测控制预测控制是一类新型计算机控制算法。它是以各种不同的预测模型为基础，采用在线滚动优化和反馈校正技术，力求有效地克服受控对象的不确定因素的动态影响，从而达到预期的控制目标参考轨迹输入，并使系统具有良好的鲁棒性和稳定性。基于预测控

7、制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计(1)(1)全程滑模面的设计全程滑模面的设计考虑如下不确定离散系统其中，可控，和 为系统的参数摄动，为外部干扰。系统(3.1)对应的标称系统为：(3.1)(3.2)主要结果主要结果 预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计定义滑模函数为：(3.3)式中，为 维行向量 。(2)(2)预测滑模模型的设计预测滑模模型的设计对于标称系统(3.2)，构造如下的预测滑模模型(3.4)预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计 根

8、据标称系统(3.2)和预测滑模模型(3.4)，得 预测滑模面为(3.5)(3.6)预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计(3)(3)预测滑模控制律的设计预测滑模控制律的设计a.反馈校正预测滑模模型的输出 可表示为 (3.7)其中，(3.8)基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计b.滑模参考轨迹本文采用指数趋近律作为滑模参考轨迹 基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计(3.9)c.利用滚动优化求得控制律 优化性能指标取为(3.10)

9、矢量形式(3.11)基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计控制律为(3.12)实际过程中只执行当前的一步，控制律可写成(3.13)其中，仿真研究仿真研究考虑如下不确定系统：参数如下：基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计图图3.13.1采用文献采用文献6565算法的状态响应轨迹算法的状态响应轨迹 图图3.2 3.2 采用本章算法的状态响应轨迹采用本章算法的状态响应轨迹 基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计图图3.3 3.

10、3 采用文献采用文献6565算法的控制输入算法的控制输入 图图3.4 3.4 采用本章算法的控制输入采用本章算法的控制输入 基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计图图3.5 3.5 文献文献6565算法的状态响应轨迹算法的状态响应轨迹 图图3.6 3.6 采用本章算法的状态响应轨迹采用本章算法的状态响应轨迹 基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计图图3.7 3.7 采用文献采用文献6565算法的控制输入算法的控制输入 图图3.8 3.8 采用本章算法的控制输入采用本章算法的控制输

11、入 基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计基于预测控制策略的离散时间系统全程滑模控制器设计 结论与展望结论与展望结论结论针对抖振问题，提出了两种改进的离散趋近律，保 证系统运动最终收敛到原点，抑制了抖振，控制量 切换幅度明显的减小。结论与展望结论与展望针对一类不确定系统，提出了一种基于预测控制策 略的离散全程滑模变结构控制的算法。该算法对匹 配和非匹配干扰都具有鲁棒性，削弱了抖振，使系 统的从初始状态都落在滑模面上，减小了系统到达 滑模面的时间。展望展望如何在仅依靠输出信息的情况下实现滑模变结 构控制，是需要进一步研究的课题。将几种新型滑模变结构控制方法相结合，以便 得到性能更佳的新型滑模控制器，是有待探索 的一个方向。结论与展望结论与展望