本文關(guān)鍵詞：高階滑模控制理論及其在欠驅(qū)動(dòng)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(duì)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(diǎn)(如對(duì)匹配不確定性的不變性,控制器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等)而得到了廣泛應(yīng)用,但滑模控制方法仍存在抖振問題和相對(duì)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(diǎn),還可以解決其存在的問題。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)于滑模面相對(duì)階為1時(shí),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(duì)階大于1時(shí),高階滑�？刂品椒軌虼蚱苽鹘y(tǒng)滑模控制對(duì)相對(duì)階的限制而直接應(yīng)用。但高階滑�？刂品椒ㄒ餐瑯哟嬖诓蛔阒�,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(shí)間難以估計(jì)、二階滑�？刂品椒▽�(duì)相對(duì)階的限制等。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(qiáng)非線性、參數(shù)不確定性和外界干擾的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象,探索了高階滑�？刂品椒ㄔ谇夫�(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文的研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面:(1)針對(duì)二階滑�？刂品椒▽�(duì)不確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(jìn)方法。通過引入自適應(yīng)補(bǔ)償控制器,具有未知上界的不確定性得以完全補(bǔ)償,并給出了明確的有限時(shí)間穩(wěn)定性證明。將改進(jìn)后的方法應(yīng)用于對(duì)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(jìn)后的二階滑模方法實(shí)現(xiàn)了實(shí)際變量對(duì)虛擬控制器的有限時(shí)間跟蹤,并實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果均證明了所提出控制方法的有效性。(2)針對(duì)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(jìn)算法。通過對(duì)螺旋算法的參數(shù)設(shè)計(jì)自適應(yīng)參數(shù)控制器,不僅實(shí)現(xiàn)了參數(shù)根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)的自動(dòng)調(diào)節(jié),而且同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)具有未知上界不確定性的完全補(bǔ)償。給出了明確的有限時(shí)間穩(wěn)定性證明。將改進(jìn)后的方法應(yīng)用于欠驅(qū)動(dòng)輪式移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)中,實(shí)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(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的有限時(shí)間軌跡跟蹤控制。(3)針對(duì)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(shí)間難以估計(jì)的問題,提出了新的超螺旋算法。通過對(duì)原有算法引入補(bǔ)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(jì)了自適應(yīng)參數(shù)控制器實(shí)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(shí)間穩(wěn)定的,并給出了收斂時(shí)間的表達(dá)式,根據(jù)此式,調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)便可調(diào)整收斂時(shí)間。通過與同類超螺旋算法的仿真對(duì)比,驗(yàn)證了新算法的優(yōu)越性。(4)針對(duì)二階滑�？刂品椒ㄖ械某菪惴ㄒ笙到y(tǒng)對(duì)滑模面相對(duì)階必須為1的問題,對(duì)超螺旋算法進(jìn)行了擴(kuò)展。提出了兩種可應(yīng)用于相對(duì)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(jì)收斂時(shí)間;一種是基于齊次性理論的。進(jìn)一步,對(duì)第一種方法進(jìn)行改進(jìn),使其完全補(bǔ)償系統(tǒng)具有未知上界的不確定性和實(shí)現(xiàn)參數(shù)的自我調(diào)整;將第二種方法擴(kuò)展至任意相對(duì)階系統(tǒng)中,同時(shí)提出高階滑模魯棒自適應(yīng)算法,可以對(duì)抗具有未知上界的系統(tǒng)不確定性并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有限時(shí)間穩(wěn)定。最后以水面船舶路徑跟蹤控制為例驗(yàn)證了所提出擴(kuò)展和改進(jìn)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(dòng)系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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)及高階滑模控制發(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(dòng)系統(tǒng)研究概述24-29
• 1.4.1 欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的定義與研究對(duì)象24-25
• 1.4.2 欠驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)和欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的建模33-49
• 2.1 高階滑�？刂评碚�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(dòng)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(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)模型44-45
• 2.2.4 欠驅(qū)動(dòng)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(jí)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(jìn)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(jìn)及穩(wěn)定性分析50-54
• 3.2.1 控制器設(shè)計(jì)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(yàn)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(jì)55
• 3.3.3 二階滑模控制器設(shè)計(jì)55-56
• 3.3.4 實(shí)物實(shí)驗(yàn)和仿真分析56-59
• 3.4 TORA系統(tǒng)中的應(yīng)用與驗(yàn)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(jì)60-61
• 3.4.3 二階滑�？刂破髟O(shè)計(jì)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(jìn)算法及其在輪式移動(dòng)機(jī)器人中的應(yīng)用65-77
• 4.1 引言65-66
• 4.2 補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì)與分析66-70
• 4.2.1 控制器設(shè)計(jì)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(jì)與分析70-72
• 4.3.1 控制器設(shè)計(jì)70
• 4.3.2 穩(wěn)定性證明70-72
• 4.4 輪式移動(dòng)機(jī)器人中的應(yīng)用72-76
• 4.4.1 輪式移動(dòng)機(jī)器人模型分析與控制器設(shè)計(jì)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(jìn)的超螺旋算法與基于類二次型Lyapunov函數(shù)的收斂時(shí)間估計(jì)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(shí)間估計(jì)78-80
• 5.3 改進(jìn)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(cè)器應(yīng)用和對(duì)比分析86-88
• 5.6 本章小結(jié)88-89
• 第六章 擴(kuò)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(kuò)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(jì)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(jì)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(shí)間高階滑模控制器設(shè)計(jì)109-113
• 6.5 欠驅(qū)動(dòng)水面船舶中的應(yīng)用與驗(yàn)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(jì)（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(jì)（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(jì)（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(xiàn)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(jiǎn)介140

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 胡洲;王志勝;甄子洋;;欠驅(qū)動(dòng)水面船舶非線性信息融合航跡跟蹤控制[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2014年07期

2 胡洲;王志勝;甄子洋;;帶輸入飽和的欠驅(qū)動(dòng)吊車非線性信息融合控制[J];自動(dòng)化學(xué)報(bào);2014年07期

3 劉賢朋;卜仁祥;劉勇;;基于動(dòng)態(tài)滑模的欠驅(qū)動(dòng)船舶航跡跟蹤控制[J];大連海事大學(xué)學(xué)報(bào);2014年02期

4 戈新生;鄭彥琴;;欠驅(qū)動(dòng)航天器姿態(tài)穩(wěn)定性的齊次控制方法[J];北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年01期

5 楊興明;朱建;高銀平;許東昌;;欠驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人的路徑跟蹤控制[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年01期

6 王冬霞;賈英宏;金磊;周付根;徐世杰;;欠驅(qū)動(dòng)航天器姿態(tài)穩(wěn)定的分層滑�？刂破髟O(shè)計(jì)[J];宇航學(xué)報(bào);2013年01期

7 蒲明;吳慶憲;姜長(zhǎng)生;佃松宜;王宇飛;;非匹配不確定高階非線性系統(tǒng)遞階Terminal滑模控制[J];自動(dòng)化學(xué)報(bào);2012年11期

8 馬廣富;劉剛;黃靜;;欠驅(qū)動(dòng)航天器姿態(tài)調(diào)節(jié)滑�？刂芠J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2012年09期

9 蒲明;吳慶憲;姜長(zhǎng)生;程路;;快速高階滑模微分器[J];控制與決策;2012年09期

10 趙占山;張靜;孫連坤;丁剛;;有限時(shí)間收斂的滑模自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)[J];山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2012年04期

  本文關(guān)鍵詞：高階滑�？刂评碚摷捌湓谇夫�(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號(hào)：312170