基于滑模变结构控制的鲁棒控制器设计

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微差压控制系统的滑模块控制器设计与仿真

ＳＵＸｉｏａＢｉｇ，ＴｉｎｎＬＩａＰｉｇｎ
（ｏｍｕｉｔｎｏｌｅ，ｈｎｏｇｏｍｌｎｖｒｔ，ｉａ２０１ＣｉａＣｍｎｃｉＣｌｇＳａｄｎＮｒａａｏｅＵｉｅｓｙＪｎ５０４，ｈｎ）ｉｎ
一
了离散时间系统变结构控制器。设计的控制器保持了所
变结构控制系统动态性能好的优点，除了系统的抖振。消本文将具有强鲁棒性的滑模变结构控制策略应用于转炉炉口微差压系统，用炉口压力控制模型，计采设
关键词：微压差控制系统；模变结构控制；真滑仿
中图分类号：Ｔ３１９：Ｐ７Ｐ９．Ｔ２３文献标识码：Ａ文章编号：１７ — ７０２１）３０７ — ３６４７２（００２ — ０７０
滑模变结构控制系统ＶＳＶｒｂｅＳｒｃｕｅｏｔｌＳｆａｉｌ— ｔｔｒＣｎｒａｕｏ
的噪声干扰。参考文献【】于两种不同的切换面，计５基设
ｓｓｍｗｔｓｄｎＭｏｅ是一类特殊非线性系统，非ｙｔｅｉｌｉｇｈｉｄ）其线性表现为控制的不连续性。系统与其他控制系统的该主要区别在于其 “ 构 ” 非固定，是在控制过程中不结并而断地改变。结构 ” 诸多的控制理论文献中并未给出统 “ 在

基于Buck变换器的全局时变滑模控制器设计

基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划项目（编号２０Ｂ１０６０８５０１）
源电压衰减的问题。文献【】５和文献［１别设计了Ｂｕｋ换器和６分ｃ变Ｂｏｔｏｓ变换器的反步控制器，但是都是针对负载的不确定性而设计
ｒｓｌ．ｅｕｔｓ
２Ｂｃ变换器的平均模型ｕｋ
工作在连续导电模式下的ＢＫ变换器可以等效成两种线性ＵＣ电路在开关控制下的高速切换电路，结构如图ｌ所示。根据开关的
不同状态，可以用以下非线性微分方程组来建立模型。
ＫｅｒｓＧｌｂｌｉ — ａｙｎｌｉｇｍｏｅｃｎｒｌＢｃｏｖｒｒＲｏｕｔｙｗｏｄ：ｏａｍｅｖｒｉｇｓｉｎｄｏｔｏ；ｕｋｃｎｅｔ；ｂｓｔｄｅ
Ｌ
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ｌ引言
为代价。文献［】Ｂｃ变换器中应用了平滑模反步控制，也削弱８在ｕｋ了滑摸控制的抖动问题但是所给出的控制器比较复杂。鉴于普通
滑模控制器仅在滑动阶段对干扰和不确定性具有不变鲁棒性，而
Ａｂｓｒｃ：ｏｖｈｒｂｅｔａｈｅｐｒｏｒｎｅｏｏｓｓｂｄｔａｔＴｏｓｌｅｔｅｐｏｌｍｈｔｔｅｆｍａｃｆｒｂｕｔｗａａ
滑模控制作为一种先进的非线性变结构控制方法可以用于控制具有变结构特性的ＤｃＤ开关变换器。ＤＣＤＣ换器采用滑模／ｃ／变

滑模控制和滑膜变结构控制

滑模控制和滑膜变结构控制1. 引言滑模控制和滑膜变结构控制是现代控制理论中重要的控制策略，广泛应用于各个领域的控制系统中。

滑模控制通过引入一个滑模面来实现系统的稳定性和鲁棒性；滑膜变结构控制通过在线调整系统的结构以适应不确定性和外部扰动。

2. 滑模控制滑模控制最早由俄罗斯科学家阿莫斯特芬于1968年提出，并在1974年得到了进一步的发展。

滑模控制通过引入一个滑模面，将系统状态从非线性区域滑到线性区域，从而实现系统的稳定性和鲁棒性。

2.1 滑模面滑模面是滑模控制的核心概念之一，它通常由一个超平面表示，可以用数学方程描述为：s=Sx其中，s为滑模面，S为一个可逆矩阵，x为系统的状态变量。

2.2 滑模控制律滑模控制律用于调节系统状态，以使系统状态滑到滑模面上。

滑模控制律的一般形式可以表示为：u=−S−1B Tλ(s)其中，u为控制输入，B为输入矩阵，λ(s)为滑模曲线。

2.3 滑模控制的优点滑模控制具有以下几个优点：•鲁棒性强：滑模控制能够在面对参数扰动和外部干扰时保持系统的稳定性。

•快速响应：由于滑模面能够将系统状态快速滑到线性区域，使得系统具有快速响应的特性。

•无需精确模型：滑模控制不需要系统的精确模型，因此对于复杂系统的控制较为便捷。

3. 滑膜变结构控制滑膜变结构控制（SMC）由美国科学家丹尼尔·尤斯托曼在20世纪90年代末提出，是一种基于滑模控制的新型控制策略。

滑膜变结构控制通过在线调整系统的结构以适应不确定性和外部扰动，从而提高系统的鲁棒性和性能。

3.1 滑膜设计滑膜变结构控制的关键是设计一个合适的滑膜来响应系统的不确定性和扰动。

滑膜通常由一个或多个滑模面组成，通过在线调整滑膜的参数，可以适应不同的工作条件和控制要求。

3.2 滑膜变结构控制律滑膜变结构控制律的一般形式可以表示为：u=−K(θ)s−δ(θ)sign(s)其中，u为控制输入，K(θ)和δ(θ)分别为滑膜参数和输出增益，θ为参数向量，s为滑模曲线。

滑模变结构控制理论研究综述

滑模变结构控制理论研究综述滑模变结构控制理论是一种广泛应用于各种系统的控制方法。

本文旨在全面深入地探讨滑模变结构控制理论的研究现状及其发展趋势。

本文将简要介绍滑模变结构控制理论的背景和意义，以及其在各个领域的应用前景。

然后，本文将详细介绍滑模变结构控制理论的基本原理和研究现状，并针对目前存在的问题和不足进行探讨。

本文将分析滑模变结构控制理论的发展趋势，提出未来的研究方向和挑战。

滑模变结构控制理论是一种非线性控制方法，其本质是利用系统结构在动态过程中的切换来实现对系统的控制。

滑模变结构控制理论具有鲁棒性强、适应性好等优点，因而在许多领域都具有广泛的应用价值。

然而，滑模变结构控制理论在实际应用中也存在着一些问题和挑战，如抖振、控制精度等问题，因而其研究具有重要性和必要性。

滑模变结构控制理论的研究主要涉及理论研究和实际应用两个方面。

在理论研究方面，主要研究滑模面的设计、系统抖振的抑制等问题。

例如，通过设计合适的滑模面，可以使得系统状态在滑模面上滑动的过程中具有较好的动态性能和鲁棒性。

在实践应用方面，滑模变结构控制理论已被广泛应用于各种系统，如无人驾驶汽车、机器人、电力电子系统等。

随着科学技术的发展，滑模变结构控制理论的研究也在不断深入。

未来滑模变结构控制理论的发展趋势主要体现在以下几个方面：抖振的抑制：抖振问题是滑模变结构控制理论在实际应用中一个亟待解决的问题。

未来的研究将致力于寻找更有效的抖振抑制方法，提高系统的控制精度和鲁棒性。

智能优化算法的应用：随着智能优化算法的发展，未来的研究将更加注重将滑模变结构控制理论与智能优化算法相结合，以实现更高效、更精确的系统控制。

多变量系统的控制：目前滑模变结构控制理论的研究主要集中在单变量系统，而对于多变量系统的研究还比较少。

未来将加强对于多变量系统的滑模控制研究，以实现更加复杂的系统控制。

应用于更多领域：目前滑模变结构控制理论已经应用于许多领域，如无人驾驶汽车、机器人等。

基于二阶不确定全局滑模控制的导弹控制器设计

１引言
防空导弹飞行条件复杂，从发射到击中目标整个飞行过程中，飞行高度变化大，飞行速度变化快，且受大气扰流、
一
＋一］一。。＋＋。＋｝
一
ｌ
侧风影响，整个飞行控制系统存在不确定性和非线性特征，
ｔｒｏｌｌｅｄｔｈｅｏｖｅｒｌｏａｄｏｕｔｐｕｔａｎｄａｎｇｕｌａｒａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ．Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｗａｓｕｓｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｂｕｆｆｅｔｉｎｇ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｒｏｂｕｓｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．
，ｎ —
，ａｎ３一，系统不确定部分由这七个不
确定参数构成，可在标称参数基础上限定参数扰动范围。舵机环节，为便于数据处理，将舵机系统假定为一阶动态特
性的模型，即
一
文献［１］将输出跟踪转化为状态跟踪，采用二阶全局
ＤＯＮＧＪｉｅＷＡＮＧＦａｄｏｎｇＬＩＵＺｏｎｇｆｕ
（Ｎｏ．９２７８５ＴｒｏｏｐｓｏｆＰＬＡ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ０６６２００）

滑模控制——精选推荐

滑模控制滑模变结构理论⼀、引⾔滑模变结构控制本质上是⼀类特殊的⾮线性控制,其⾮线性表现为控制的不连续性,这种控制策略与其它控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定,⽽是可以在动态过程中根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有⽬的地不断变化,迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。

由于滑动模态可以进⾏设计且与对象参数及扰动⽆关,这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、⽆需系统在线辩识,物理实现简单等优点。

该⽅法的缺点在于当状态轨迹到达滑模⾯后,难于严格地沿着滑模⾯向着平衡点滑动,⽽是在滑模⾯两侧来回穿越, 从⽽产⽣颤动。

滑模变结构控制出现于20世纪50年代,经历了 50余年的发展,已形成了⼀个相对独⽴的研究分⽀,成为⾃动控制系统的⼀种⼀般的设计⽅法。

以滑模为基础的变结构控制系统理论经历了 3个发展阶段.第1阶段为以误差及其导数为状态变量研究单输⼊单输出线性对象的变结构控制; 20世纪60年代末开始了变结构控制理论研究的第2阶段, 研究的对象扩⼤到多输⼊多输出系统和⾮线性系统;进⼊80年代以来, 随着计算机、⼤功率电⼦切换器件、机器⼈及电机等技术的迅速发展, 变结构控制的理论和应⽤研究开始进⼊了⼀个新的阶段, 所研究的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, 同时,⾃适应控制、神经⽹络、模糊控制及遗传算法等先进⽅法也被应⽤于滑模变结构控制系统的设计中。

⼆、基本原理带有滑动模态的变结构控制叫做滑模变结构控制(滑模控制)。

所谓滑动模态是指系统的状态被限制在某⼀⼦流形上运动。

通常情况下,系统的初始状态未必在该⼦流形上,变结构控制器的作⽤在于将系统的状态轨迹于有限时间内趋使到并维持在该⼦流形上,这个过程称为可达性。

系统的状态轨迹在滑动模态上运动并最终趋于原点,这个过程称为滑模运动。

滑模运动的优点在于,系统对不确定参数和匹配⼲扰完全不敏感。

滑模变结构控制基本理论课件

04
CATALOGUE
滑模变结构控制的实现与仿真
滑模控制器的MATLAB/Simulink实现
控制器设计
根据滑模变结构控制原理，利用 MATLAB/Simulink进行控制器设计，
包括滑模面函数、控制律等。
控制器参数调整
根据仿真结果，调整控制器参数，优化控制性能。
模型建立
根据被控对象模型，在Simulink中建立相应的仿真模型。
基于模拟退火算法的滑模控制器优化
模拟退火算法是一种基于物理退火原理的优化算法，通过模拟金属退火过程，寻找最优解。
模拟退火算法具有全局搜索能力强、能够处理离散和连续问题等优点，适用于滑模变结构控制的优化问题。
在滑模控制器优化中，模拟退火算法可以用于优化滑模面的设计、滑模控制器的参数等，提高滑模控制器的性能和鲁棒性。
滑模控制器稳定性的分析方法
滑模控制器稳定性的分析方法包括基于 Lyapunov函数的方法、基于Razumikhin函数的方法等。
滑模控制器稳定性的判定准则
滑模控制器稳定性的判定准则包括Lyapunov稳定性定理、Razumikhin稳定性定理等。
03
CATALOGUE
滑模变结构控制的优化方法
基于遗传算法的滑模控制器优化
1
遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法，通过模拟基因突变、交叉和选择等过程，寻找最优解。
2
在滑模控制器优化中，遗传算法可以用于优化滑模面的设计、滑模控制器的参数等，提高滑模控制器的性能和鲁棒性。
3
遗传算法具有全局搜索能力强、能够处理多变量和非线性问题等优点，适用于滑模变结构控制的优化问题。
案例分析
通过具体案例分析，深入了解滑模控制器在实际应用中的优势和不足。

基于鲁棒变结构控制方法的非线性导弹自动驾驶仪设计

中图分类号：Ｔ２３Ｐ７文献标志码：Ａ
Ｏ引言
２世纪５年代，苏联学者Ｅｌａｏ首先提出００ｍｅｙｎｖ了变结构控制的概念。之后，Ｕｋｎｔｉ等人进一步发展
了变结构控制理论 …。
不可避免因反演的递推思想使得设计层层展开，随
估计了一个虚拟控制系数。
然而，此类方法是在反演设计的手段上进行的，
收稿日期：２０．６００９０．２
作者简介：武晓龙（９３，１８一）
助工，大学。
・
６２６
海军航空工程学院学报
第２卷４
ｃ（，）Ｊ）２）ｍＭｍ＝（＋（
很多文献直接针对非线性导弹运动系统进行了自适应反演设计。导弹系统的非线性模型考虑了未知参数与不确定性的影响。文献［】虑俯仰通道模４考
并且其设计复杂度将不随系统阶次的增加，较好的
解决了微分爆炸的问题。
１模型描述
Ｈｌｕｌ＆Ｑｕ在文献［】７中采用如下导弹俯仰通道的非线性运动模型。考虑舵机的一阶动态特性，俯仰平面运动模型可以改写如下：
＝
型不确定性由参数不确定性与未知非线性函数组成，其中未知非线性函数代表模型的误差或者系统
（）ｌ（）门｝：，＋
（）（ＧＩＰ＋ｃｌ）＜１＋￣ｌ＝，ＡＧａｐ－［）Ｉ：）。Ｊ（ｌ丸（ＭＩ丸＋］

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d y n a m ic s lid in g m o d e to d e s ig n th e s lid in g
m ode
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e x p e c te d in in
c lo s e d - lo o p d y n a m ic s ， a c tu a to r d y n a m ic tim e to d e s ig n th e s lid in g s u r fa c e .
Design of Robust Controller Based on Sliding Mode Variable Structure Control
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o f A u t o m a t i o n ,N a n j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， N a n jin g 2 1 1 1 6 7 ， C h in a ) to e ffe c tiv e ly r e s tr a in t h e o v e r s h o o t o f th e s t a t e v a r ia b le s ， th e c o n v e rg e n c e tlie s y s te m is D if fe r e n t enhanced， put fro m fo rw a rd t r a d it io n a l speed o f
s y n c h r o n o u s lin e a r c o u s fr ic tio n
m o to r， v a l i d a t e t h e d e s ig ^ n o f c o n t r t ^ l l e r p a r a m e t e r s o f th ie s y s t e m d is t u r b a n c e s i t u a t io n第 1ຫໍສະໝຸດ 期2017 年 1 0 月
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technitjue
D 01： 1 0 . 1 3 4 6 2 / j . c n k i. m m ta m t. 2 0 1 7 . 1 0 . 0 2 5
组合机床与自动化加工技术
Abstract : I n
r o t o r is a b le s tr u c tu r e p o le
o rd e r
a c c e le r a te d ， and c o n tro l
th e a n t i- in t e r f e r e n c e a b i l i t y o f based on
(t h e
m over m ass， v is p e rfo rm a n c e a n d
c o e f i c i e n t ) c h a n g e a n d lo a d
， m a in ta in
a g o o d tx a c ld n g
s t r o n g r o b u s t n e s s t o u n c e r t a i n t y u n d e r d is t u r b a n c e s .
changes
e rro r， th e th e
s till c o n v e rg e
fin it e
T h e c o n t r o lle r c a n b e u s e d in s te a d o f P I D c o n t r o ll e r f o r p e r m a n e n t m a g n e t
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No. 10 Oct. 2017
文章编号： l〇〇 l - 2 2 6 5 ( 2 0 1 7 ) 1 0 -0 1 0 5 - 0 5
基于滑模变结构控制的鲁棒控制器设计
刘大伟 (南京工程学院自动化学院，南京 211167) 摘要：为了有效抑制状态变量的超调，加快转子的收敛速度，增强系统的抗干扰性，提出了一种基于滑模变结构控制方法的鲁棒控制器。与传统 PID 控制器不同，该控制器采取最终滑动模态的极点配置方式对系统的期望闭环动态以及选择滑模面进行设计，然后采取基于李亚普诺夫稳定性理论的控制方法来设计滑模控制器，使系统在设计的滑模面上具有期望闭环动态，在执行器动态变化导致误差的情况下，所述系统依旧可以在有限时间内收敛到设计的滑模面。该控制可以代替 P D 控制器应用于永磁同步直线电机，验证所设计的控制器在系统参数（动子质量、粘滞摩擦系数）发生较大变化和负载扰动情况下，都保持良好的跟踪性能，实现系统对不确定性扰动下的强鲁棒性。关键词：永磁同步直线电机;鲁棒控制器；滑模变结构控制中图分类号: TH122; TG659 文献标识码: A