不确定时滞系统的滑模控制及其应用研究

研究了一类带有控制时滞的不确定性系统的滑模变结构控制器的设计问题。定义特殊线性变换,将原不确定时滞系统化为无时滞系统。在新坐标下,提出了基于二次型性能指标的最优滑模面的设计方法;选择适当的动态不连续控制律保证了系统状态在有限时间到达滑模面,并有效的削弱了抖振。提出并证明了原系统渐近稳定的充分条件。将该控制方法应用到典型的不确定时滞对象——聚合反应釜的温度控制系统中,仿真结果表明了该方法的有效性。     

具有持续扰动的时滞系统的最优跟踪控制

针对在外部持续扰动下的线性时滞系统提出了一种最优跟踪控制的逐次逼近算法。首先将状态向量含有时滞的线性系统的最优跟踪问题转化为最优调节问题，然后利用逐次逼近算法，将既含有时滞项又含有超前项的两点边值问题转化为不含时滞项和超前项的线性两点边值问题族得到调节系统的最优控制律，然后可以通过截取最优控制序列的有限项得到调节系统的前馈-反馈次优控制律，最后再将最优控制问题转化为最优跟踪问题。     

一类不确定时滞系统的滑模控制

考虑了一类同时存在状态不确定性和控制不确定性的时滞系统的滑模控制问题,通过采用李亚普诺夫方法和线性矩阵不等式(LMI)技术,给出了闭环系统渐近稳定的充分条件,而且滑模控制律和滑模面的设计可以利用线性矩阵不等式的解得到,证明了该滑模控制律能保证状态轨迹被驱动到指定的切换面上。仿真实验表明了算法的有效性。     

时滞系统自抗扰滑模控制

针对含输入端未知时延的时滞系统,利用坐标变换设计了三阶非线性反馈扩张状态观测器。扩张状态观测器能够同时估计变换后的系统状态和输入端总扰动信号,非线性反馈具有快速收敛性。通过对时延环节的一阶近似,时滞系统被转化为带有未知函数的二阶非线性不确定性系统的输出反馈控制问题。在此基础上,设计基于跟踪微分器和扩张状态观测器的二阶滑模控制器,实现了输出信号的快速精确跟踪。数值仿真结果验证了所提出控制算法的有效性。     

多输入离散不确定时滞系统变结构控制设计

研究了多输入离散不确定时滞系统的变结构控制问题。首先对原离散时滞不确定系统进行了化简,将其归结为一个无时滞的不确定离散系统形式;在此基础上提出了一种新的变结构控制设计方法和控制律算法,并给出了动态性能比较。对于不确定性为慢变的情况,该算法能使空间任意点出发的运动,都在有限时间内到达滑动模态的设定邻域,渐近稳定的到达到原点,且抖振以指数速率衰减到零。仿真结果表明了方法的有效性。     

受扰非线性时滞系统的最优跟踪控制

考虑受扰非线性时滞系统的最优跟踪控制问题.基于内模原理构造扰动补偿器,将受扰系统转化成无扰动的增广系统.通过引入灵敏度参数并围绕其进行Maclaurin级数展开,将原时滞非线性系统的最优跟踪控制问题转化为无时滞的两点边值问题.通过求解增广系统的最优跟踪控制律从而得到原系统的最优跟踪控制律.仿真实例表明该方法的有效性.     

时滞系统的最优PID控制与仿真

对过程控制领域中两类典型时滞系统在控制能量存在约束时的最优控制问题作了探讨。定义了一个包含跟踪误差和控制能量在内的积分平方性能指标，针对不同系统运用谱分解的方法最小化该性能指标，从而导出相应的PID控制器的参数整定方法，可使系统在控制能量约束条件下具有最优的控制性能。仿真研究进一步说明了所给方法的有效性。     

非匹配时变不确定性时滞系统的Terminal滑模控制

针对具有非匹配时变不确定性和时滞的线性系统,提出了快速terminal滑模控制策略.采用非线性滑动平面的设计方法,使得系统状态可在有限时间内收敛至平衡点.滑动平面系数满足扩展匹配条件时,设计的terminal控制器确保了在滑动平面上系统对于非匹配时变不确定性和时滞具有不变性,并保证了滑动平面的到达和闭环系统的稳定.仿真结果验证了控制策略的有效性.     

一类切换时滞奇异系统的最优保成本控制

针对一类切换时滞奇异系统,对最优保成本控制问题进行了研究。利用Lyapunov函数方法和凸组合技术,给出了由线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)表示的保成本控制器存在的充分条件,并设计了相应的子控制器和切换规则。进一步,建立了一个具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题,利用Matlab软件中的线性矩阵不等式工具箱求解,给出了最优保成本控制器的设计方法及闭环最小性能指标上界。仿真示例验证了该方法的有效性。     

非匹配不确定时滞系统的自校正滑模控制

针对一类不匹配、不确定并具有状态时滞的多输入多输出线性系统,基于线性矩阵不等式理论提出一种新的自校正滑模控制方法。该方法利用线性矩阵不等式给出滑动模态存在的充分条件,使系统在滑动模态运动下对于存在的不匹配不确定性扰动以及状态时滞具有完全不变性。引入双极性Sigmoid函数代替符号函数并根据Lyapunov稳定性理论设计了具有自适应能力的滑模控制器,在自适应律的作用下Sigmoid函数的边界层厚度以及切换增益可根据系统状态进行自适应调节,从而改善了滑模控制器输出量过大以及抖振等现象。基于Lyapunov理论证明了该方法的稳定性,最后通过仿真实验进一步验证了该方法的可行性及有效性。     

一类非线性系统的终端滑模分解控制

针对一类非线性系统的稳定控制问题,提出了一种终端滑模分解控制器的设计方法.首先将整个系统分解成两个二阶子系统,设计两个子系统各自的终端滑模面;然后将一个子系统的控制目标嵌入到另一个子系统的控制目标中,用一个控制量使两个子系统在有限时间内收敛至平衡点.该方法对于维数较高系统的控制具有较大意义,可简化设计.倒立摆的仿真结果验证了该方法的有效性.     

汽车ABS滑模变结构控制方法的研究

"边界层"法被认为是一种常用的有效的汽车ABS滑模变结构控制方法。"边界层"法虽然可以削弱系统的抖振,但是它同时也消除了滑模变结构控制的鲁棒性的优点,针对这一缺点提出了采用改进的指数趋近率的滑模变结构控制方法,该方法具有抖振小及良好的鲁棒性的优点。对采用该指数趋近率的汽车ABS滑模变结构控制系统进行了仿真研究。仿真结果表明,该方法在汽车ABS的控制中是有效的。     

非匹配非线性系统多滑模模糊控制

针对一类非匹配非线性系统,提出一种多滑模自适应模糊控制算法。通过将参数光滑投影算法,带饱和层的滑模面设计技术以及积分型李雅普诺夫设计技术集成起来,使得算法提高了系统在抑制参数漂移、抖振现象、控制器奇异等方面的能力。算法保证闭环系统所有信号的有界性且使得跟踪误差收敛于任意设定的饱和层内。仿真结果进一步说明了算法的有效性。     

伺服系统模糊滑模控制器的设计与仿真

将模糊逻辑控制与滑模控制相结合，给出了一种模糊滑模控制器的设计方法。并针对伺服系统具有参数变化范围大、干扰源多等特点，设计了基于模糊滑模控制的伺服系统的结构。最后将该方法用于某机器人的机械臂的控制，并在参数大范围变化、正弦扰动作用等条件下进行了仿真。仿真结果表明，模糊滑模控制能有效地削弱传统滑模控制的“抖动”现象，并且在一定条件下具有很强的鲁棒性。     

输入受限时滞系统的模型预测控制

对于输入受限的离散时滞系统，提出了一种模型预测控制方法。该方法采用双模控制结构，基于Lyapunov-Krasovskii函数构造了时滞系统的终端不变椭圆集，保证闭环系统稳定性。以LMIs(Linear Matrix Inequalities)形式给出了系统稳定的充分条件，使得该方法简单，易于实现。最后通过仿真验证了本方法的有效性。     

双滑模变结构控制的BTT导弹自动驾驶仪设计研究

由于倾斜转弯控制技术的特点决定了BTT导弹的数学模型存在多种耦合因素，因此目前STT导弹广泛采用的忽略通道间耦合关系的三通道独立设计方案已远不能满足BTT导弹控制系统的设计要求。基于变结构控制理论，采用了一种新的BTT导弹自动驾驶仪的设计方法。该方法把俯仰和偏航两个耦合严重的通道联合建立状态方程，用自适应极点配置设计双滑动模态，降低了控制量的切换频率；用趋近律方法设计变结构控制，其控制量参数用自组织模糊进行调节，可有效削弱滑动模态的抖振。这种控制器简化了变结构控制，计算量小。     

Variable Structure Control of Multi Delay Linear Systems

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