本文關(guān)鍵詞：高階滑模控制理論及其在欠驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在對抗系統(tǒng)不確定性的魯棒控制方法中,傳統(tǒng)滑�？刂埔云滹@著優(yōu)點(如對匹配不確定性的不變性,控制器實現(xiàn)簡單等)而得到了廣泛應(yīng)用,但滑�？刂品椒ㄈ源嬖诙墩駟栴}和相對階的限制等不足之處。高階滑模控制方法的提出,不僅保留了傳統(tǒng)滑�？刂频膬�(yōu)點,還可以解決其存在的問題。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)于滑模面相對階為1時,采用高階滑模中的二階滑�？刂品椒�,可以使控制輸入連續(xù),避免了高增益切換的發(fā)生,因而能使抖振現(xiàn)象得以抑制。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)于滑模面相對階大于1時,高階滑�？刂品椒軌虼蚱苽鹘y(tǒng)滑模控制對相對階的限制而直接應(yīng)用。但高階滑模控制方法也同樣存在不足之處,如要求系統(tǒng)不確定性的上界事先已知、參數(shù)選擇困難、收斂時間難以估計、二階滑�？刂品椒▽ο鄬﹄A的限制等。根據(jù)以上不足之處,本文研究并解決了高階滑�？刂浦卸A滑模控制方法應(yīng)用中遇到的重要問題,并以存在強非線性、參數(shù)不確定性和外界干擾的欠驅(qū)動系統(tǒng)為研究對象,探索了高階滑�？刂品椒ㄔ谇夫�(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文的研究工作和創(chuàng)新點主要包括以下幾個方面:(1)針對二階滑�？刂品椒▽Σ淮_定性上界未知的系統(tǒng)不具有魯棒性的問題,提出了基于自適應(yīng)的齊次性二階滑模控制改進方法。通過引入自適應(yīng)補償控制器,具有未知上界的不確定性得以完全補償,并給出了明確的有限時間穩(wěn)定性證明。將改進后的方法應(yīng)用于對球桿和TORA系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制中。考慮兩種系統(tǒng)的精確模型,引入使得二階子系統(tǒng)穩(wěn)定的虛擬控制器。利用改進后的二階滑模方法實現(xiàn)了實際變量對虛擬控制器的有限時間跟蹤,并實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制。實驗和仿真結(jié)果均證明了所提出控制方法的有效性。(2)針對二階滑模控制方法應(yīng)用中因系統(tǒng)不確定性的上界未知而導(dǎo)致的控制器參數(shù)難以選擇的問題,提出了基于參數(shù)自適應(yīng)的二階滑模螺旋改進算法。通過對螺旋算法的參數(shù)設(shè)計自適應(yīng)參數(shù)控制器,不僅實現(xiàn)了參數(shù)根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)的自動調(diào)節(jié),而且同時實現(xiàn)了對具有未知上界不確定性的完全補償。給出了明確的有限時間穩(wěn)定性證明。將改進后的方法應(yīng)用于欠驅(qū)動輪式移動機器人系統(tǒng)中,實現(xiàn)了在具有未知上界多種不確定性存在的情況下,輪式移動機器人系統(tǒng)的有限時間軌跡跟蹤控制。(3)針對二階滑�？刂品椒☉�(yīng)用中不確定性的界難以獲得、控制器參數(shù)難以選擇和收斂時間難以估計的問題,提出了新的超螺旋算法。通過對原有算法引入補償控制器,使得系統(tǒng)不確定性的上界無需提前預(yù)知;設(shè)計了自適應(yīng)參數(shù)控制器實現(xiàn)了控制器參數(shù)的自我調(diào)整;利用類二次型Lyapunov函數(shù)證明了系統(tǒng)是有限時間穩(wěn)定的,并給出了收斂時間的表達式,根據(jù)此式,調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)便可調(diào)整收斂時間。通過與同類超螺旋算法的仿真對比,驗證了新算法的優(yōu)越性。(4)針對二階滑模控制方法中的超螺旋算法要求系統(tǒng)對滑模面相對階必須為1的問題,對超螺旋算法進行了擴展。提出了兩種可應(yīng)用于相對階為2的系統(tǒng)的超螺旋算法:一種是基于類二次型Lyapunov函數(shù)的,可以估計收斂時間;一種是基于齊次性理論的。進一步,對第一種方法進行改進,使其完全補償系統(tǒng)具有未知上界的不確定性和實現(xiàn)參數(shù)的自我調(diào)整;將第二種方法擴展至任意相對階系統(tǒng)中,同時提出高階滑模魯棒自適應(yīng)算法,可以對抗具有未知上界的系統(tǒng)不確定性并實現(xiàn)系統(tǒng)有限時間穩(wěn)定。最后以水面船舶路徑跟蹤控制為例驗證了所提出擴展和改進算法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：高階滑模 二階滑模 螺旋算法 超螺旋算法 自適應(yīng) 欠驅(qū)動系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O231
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-33
• 1.1 論文研究的背景和意義13-14
• 1.2 傳統(tǒng)及高階滑模控制定義14-17
• 1.2.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制定義14-16
• 1.2.2 高階滑�？刂贫x16-17
• 1.3 傳統(tǒng)及高階滑�？刂瓢l(fā)展概述17-24
• 1.3.1 傳統(tǒng)滑�？刂瓢l(fā)展歷程17-18
• 1.3.2 傳統(tǒng)滑模控制存在的問題18-19
• 1.3.3 高階滑�？刂瓢l(fā)展歷程19-22
• 1.3.4 高階滑模控制存在的問題22-23
• 1.3.5 自適應(yīng)滑模/高階滑�？刂蒲芯楷F(xiàn)狀23-24
• 1.4 欠驅(qū)動系統(tǒng)研究概述24-29
• 1.4.1 欠驅(qū)動系統(tǒng)的定義與研究對象24-25
• 1.4.2 欠驅(qū)動系統(tǒng)的控制方法25-27
• 1.4.3 高階滑模控制方法在欠驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀27-29
• 1.5 本文的主要工作和內(nèi)容安排29-33
• 第二章 滑�？刂评碚摶A(chǔ)知識和欠驅(qū)動系統(tǒng)的建模33-49
• 2.1 高階滑模控制理論33-40
• 2.1.1 相關(guān)穩(wěn)定性定義和定理33-34
• 2.1.2 幾種高階滑�？刂品椒�34-40
• 2.2 典型欠驅(qū)動系統(tǒng)模型40-46
• 2.2.1 球桿系統(tǒng)建模41-42
• 2.2.2 TORA系統(tǒng)建模42-44
• 2.2.3 輪式移動機器人系統(tǒng)模型44-45
• 2.2.4 欠驅(qū)動水面船舶系統(tǒng)模型45-46
• 2.3 其它相關(guān)概念46-48
• 2.3.1 終端滑模46-47
• 2.3.2 自適應(yīng)方法47-48
• 2.3.3 級聯(lián)規(guī)范型48
• 2.4 本章小結(jié)48-49
• 第三章 基于自適應(yīng)的二階滑模齊次性改進算法及其在球桿和TORA系統(tǒng)中的應(yīng)用49-65
• 3.1 引言49-50
• 3.2 齊次性二階滑模的改進及穩(wěn)定性分析50-54
• 3.2.1 控制器設(shè)計50-51
• 3.2.2 穩(wěn)定性證明51-52
• 3.2.3 仿真分析52-54
• 3.3 球桿系統(tǒng)中的應(yīng)用與驗證54-59
• 3.3.1 球桿系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換54-55
• 3.3.2 子系統(tǒng)控制器設(shè)計55
• 3.3.3 二階滑模控制器設(shè)計55-56
• 3.3.4 實物實驗和仿真分析56-59
• 3.4 TORA系統(tǒng)中的應(yīng)用與驗證59-64
• 3.4.1 TORA系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換59-60
• 3.4.2 子系統(tǒng)控制器設(shè)計60-61
• 3.4.3 二階滑�？刂破髟O(shè)計61
• 3.4.4 仿真分析61-64
• 3.5 本章小結(jié)64-65
• 第四章 基于參數(shù)自適應(yīng)的二階滑模螺旋改進算法及其在輪式移動機器人中的應(yīng)用65-77
• 4.1 引言65-66
• 4.2 補償控制器設(shè)計與分析66-70
• 4.2.1 控制器設(shè)計66-67
• 4.2.2 穩(wěn)定性證明67-68
• 4.2.3 仿真分析68-70
• 4.3 自適應(yīng)參數(shù)控制器設(shè)計與分析70-72
• 4.3.1 控制器設(shè)計70
• 4.3.2 穩(wěn)定性證明70-72
• 4.4 輪式移動機器人中的應(yīng)用72-76
• 4.4.1 輪式移動機器人模型分析與控制器設(shè)計72-74
• 4.4.2 仿真分析74-76
• 4.5 本章小結(jié)76-77
• 第五章 改進的超螺旋算法與基于類二次型Lyapunov函數(shù)的收斂時間估計77-89
• 5.1 引言77-78
• 5.2 基于類二次型Lyapunov函數(shù)的穩(wěn)定性證明及收斂時間估計78-80
• 5.3 改進的自適應(yīng)STA與穩(wěn)定性證明80-84
• 5.4 仿真分析84-86
• 5.5 觀測器應(yīng)用和對比分析86-88
• 5.6 本章小結(jié)88-89
• 第六章 擴展的超螺旋算法及其在水面船舶中的應(yīng)用89-123
• 6.1 引言89-90
• 6.2 兩種擴展的二階STA90-99
• 6.2.1 二階STA（基于類二次型Lyapunov函數(shù)）90-95
• 6.2.2 二階STA（基于齊次性理論）95-99
• 6.3 自適應(yīng)二階STA（基于類二次型Lyapunov函數(shù)）99-105
• 6.3.1 控制器設(shè)計與穩(wěn)定性證明99-103
• 6.3.2 仿真分析103-105
• 6.4 基于齊次性理論的高階STA105-113
• 6.4.1 控制器設(shè)計與穩(wěn)定性證明105-106
• 6.4.2 仿真分析106-109
• 6.4.3 魯棒有限時間高階滑�？刂破髟O(shè)計109-113
• 6.5 欠驅(qū)動水面船舶中的應(yīng)用與驗證113-121
• 6.5.1 水面船舶模型分析113-116
• 6.5.2 控制器設(shè)計（基于類二次型Lyapunov函數(shù)）116
• 6.5.3 仿真分析（基于類二次型Lyapunov函數(shù)）116-118
• 6.5.4 控制器設(shè)計（基于齊次性理論）118
• 6.5.5 仿真分析（基于齊次性理論）118-119
• 6.5.6 控制器設(shè)計（二階自適應(yīng)STA）119-120
• 6.5.7 仿真分析（二階自適應(yīng)STA）120-121
• 6.6 本章小結(jié)121-123
• 結(jié)論123-125
• 參考文獻125-138
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單138-139
• 致謝139-140
• 作者簡介140

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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  本文關(guān)鍵詞：高階滑模控制理論及其在欠驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：312170