滑模变结构控制基本理论.ppt

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1、湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论变结构控制变结构控制:采用一个切换函数作为决策规则来实现闭环系统结构的切换，从而更好地利用切换前后不同系统的性能。滑模变结构控制滑模变结构控制:一种特殊的变结构控制，它利用变结构控制器，在有限时间内将系统状态从初始状态驱动到并维持在切换函数所决定的一个超平面上。到达过程到达过程:到达超平面;滑模运动滑模运动:超平面称为滑模 面，系统在滑模面上的运动就称为滑模运动。1湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论提出提出:滑模变结构控制是前苏联Emelyanov、Utkin和Itkin等学者在上世纪六十年代

2、初提出一种非线性控制。优点优点:不变性因而在滑模面上运动时系统具有比鲁棒性更加优越的不变性。简单算法简单，易于工程实现。领域领域:从最初的控制领域扩展到了状态观测器、系统辨识等新的领域，而近年来在故障诊断故障诊断领域的应用，更是为滑模变结构理论的发展带来了新的生机。(滑模变结构控制在故障诊断的应用发表文献较少，国外代表作者Edwards C,Leicester University,U.K.；国内代表作者姜斌，南京航空大学。)对象对象:研究对象已涉及到离散系统、分布参数系统、滞后系统、非线性大系统及非完整力学系统等众多复杂系统。2湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本

3、理论设计目标设有一非线性系统:滑模面滑模面选择一个系统在有限时间内可以到达并维持在其上运动的子流形，即滑模面s(x)；控制律控制律求取一个可以强迫系统进入滑动模态的控制律 “变结构控制”就体现在设计目标设计目标(1)存在滑动模态；(2)满足到达条件：即在切换面以外的相轨迹将于有限时间内到达切换面；(3)滑模运动渐近稳定并具有良好的动态品质。3湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论滑模面设计滑模面设计:滑模面的选取影响到变结构控制的性能，线性结构的滑模面使系统处于滑动模态时，稳定性分析简洁，参数设计容易，工程实现方便。滑模条件滑模条件滑动模态存在的条件可通过设计控制

4、律来满足。滑动模态存在的充分条件滑动模态存在的充分条件高为炳提出了滑动模态趋近律 等效控制等效控制 滑模面为s，当滑模成立条件满足，系统从任一点出发的状态能够在有限时间到达滑模面，并保持在滑模面上运动，此时有等值控制是滑模变结构控制独具特色的性质，同时它也是本文所研究的故障重构方法的重要理论基础。4湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论例例1 1 控制器u(t)设计:设计步骤设计步骤1选择滑模面为 s=CxC的选择应保证：滑模运动渐近稳定并具有良好的动态品质。2设计控制律u（t）：若满足则可保证:(1)存在滑动模态；(2)满足到达条件：即在滑模面以外的相轨迹将于有

5、限时间内到达切换面。方法:趋近律求u（t）:式中 显然 5湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论又 解之 即 取 到达滑模面后：因为，,所以上式收敛到零，且仅与c1有关，而与对象参数无关不变性不变性。6湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论图1 滑模面运动相轨迹图2 X1运动轨迹图3 X2运动轨迹图4 滑模面运动轨迹7湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论图5 控制器u(t)轨迹图6 控制器u(t)局部轨迹8湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论例例2 2 滑模观测器设计系统

6、模型如下同例1，但增加了一项故障项 其中为状态变量，u为输入，y为输出，为未知非线性函数，代表故障。设计任务：利用可测输入u和可测输出y对状态变量进行观测，对进行估计（重构）9湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论yu对象观测器状态观测值故障观测值构造滑模观测器：0 0 10湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论定义滑模面:因为当 时，有 满足到达条件和存在条件产生滑模，到达滑模面后有:或11湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论由 有，由 有即 同理（滑模等值原理）当 时，由 得 实现对第实现对第2 2个状态变量观测。个状态变量观测。由 得 实现对故障重构实现对故障重构12湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论例 设故障为正弦波图7 第2个状态变量及其观测值图8 第2个状态变量观测值误差13湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论图9 故障及其重构值图10 故障及其重构值局部图14湖南工业大学湖南工业大学滑模变结构控制基本理论滑模变结构控制基本理论请大家指正15