非线性系统的智能滑模变结构控制的分析.pdf

致 谢 值此论文完成之际，我要向我的导师赵 国强教授表示衷心地感谢。在我攻读硕 士学位的两年半的时间里，赵老师不辞辛劳，孜孜不倦地对我在学习上进行全面地 指导和悉心指教。赵老师渊博的学识、一丝不苟的作风，严谨治学的工作态度是我 学习的楷模。赵老师不但在学业上对我悉心指教而且在生活上也给予了我极大的关 怀与帮助。我所做的课题能顺利地完成与赵老师所给予的无私指导与帮助是分不开 的，在此谨向赵国强教授致以最崇高的敬意和最衷心地感谢。 在此，也向所有关心和帮助过我的老师、同学和朋友表示衷心地感谢，本论文的完成 还受到了其他实验室各位同学的热情帮助，在此一并表示衷心的感谢! 摘 要 目前对非线性系统的辨识和控制的研究已成为国内外研究的热点和前沿问题， 对于建立在微分几何论基础上的非线性系统的解耦和静态反馈线性化控制，将会使 得非线性系统的研究模式摆脱局部线性化和小范围运动的限制，实现系统的大范围 分析和综合。但是，对于微分几何控制则必须依赖于系统的精确的数学模型，而实 际的控制系统则往往会受到时滞，参数的不确定性以及外部扰动的影响，这会使得 系统的分析和设计带来很大的困难。滑模变结构控制将为复杂非线性系统的控制开 辟了广泛的应用前景，因而对变结构控制的研究具有重要的应用价值。 然而滑模变结构的控制带来的高频抖振是其应用到实际系统的很大障碍。因此 许多先进控制技术：自适应控制、模糊控制、神经网络控制等也已经被综合应用到 滑模变结构控制系统设计中去，从而来解决滑模变结构控制系统的高频抖振，同时 还要尽量保持滑模变结构所具有的性能。 本文在掌握滑模变结构控制理论的国内外研究现状的同时，结合实际应用并在 对滑模变结构控制理论提出的新要求基础上，研究了非线性智能滑模控制策略，利 用变结构控制的滑动模态来改善参数摄动以及外部扰动的鲁棒特性，同时通过滑模 与模糊控制算法的结合来解决高频抖振对实际应用中所带来的瓶颈困难。并对当前 滑模变结构控制理论面临的几个问题进行了深入的研究，本文所提出的智能滑模控 制策略减弱了非线性系统滑模控制相关文献中对于系统数学模型以及不确定性的 严格限制条件。最后理论联系实际，将所提出的非线性系统的智能滑模变结构控制 策略成功地应用于倒立摆系统控制中。 关键词：滑模变结构控制；非线性不确定性；模糊控制 ；抖振；倒立摆 - I - Abstract Present identification and control of nonlinear systems research has become a hot research and cutting-edge domestic and international issues, for the establishment of the differential geometry of nonlinear systems based on static decoupling and feedback linearization control, will make nonlinear system of local linear models out of range of movement restrictions and small, to achieve a wide range of system analysis and synthesis. However, differential geometric control system must rely on accurate mathematical model, and the actual control system is often subject to delay, parameter uncertainties and external disturbances, which makes the system analysis and desi