模糊滑模变结构控制技术的应用研究
姜 静, 伍清河
(北京理工大学自动控制系,北京 100081)
摘 要: 针对包含非线性和不确定性的坦克炮控系统,提出了一种基于模糊控制的滑模变结构控制器的设计方法。首先采用极点配置的方法确定了等效控制,再通过应用带有切换增益的鲁棒反馈控制来保证滑模到达条件,然后,利用模糊调节策略来加速到达滑动模态区并削弱抖振。本文所提出的模糊逻辑的应用是一种可计算的智能方法,针对工程问题,具有精确表达式的调整过程,使得控制策略的调整变得更加容易实现。通过仿真结果可以看出,系统得到了更好的性能指标,并且削弱了抖振。系统响应的快速性和鲁棒性都得到了提高。
关 键 词: 变结构控制; 滑动模态; 模糊控制
中图分类号: V271.4; TP273 文献标识码: A
引言
模糊滑模变结构控制的最主要的优点是对内部参数的变动和外部扰动作用具有自适应性。它不需要知道系统的精确数学模型,只需了解系统的参数及外部扰动变化的大致范围,能较好地解决系统的动态、静态特性之间的矛盾,解决复杂系统(包括线性和非线性系统)的镇定和品质等问题[1]。但是它的突出障碍是能够激发高频动态的抖振现象。而模糊逻辑对于参数摄动系统是一个可行的控制手段,通过归纳模糊规则,它能够很好地处理系统的严重摄动问题[2-3],特别是在模糊方案的参数调整过程由于有了明确的表达式,就相应地减轻了繁冗的计算负担。本文以坦克炮控系统为例介绍了一种模糊滑模变结构控制器的设计方法,通过采用这种控制策略削弱了系统的抖振,提高了系统的性能指标,使系统对参数摄动和外界扰动等非线性具有了更强的鲁棒性。
1 模糊滑模控制器的设计
考虑下面的线性系统
按照实时控制的要求,在Matlab6.0环境下,进行计算机仿真。图2是模糊滑模控制系统的单位阶跃响应,过渡过程时间为0.8 s,无超调;图3是经典控制系统在同样条件下的单位阶跃响应,出现了幅度为10°的极限环。显然,采用模糊滑模控制策略后,加快了系统的响应速度,并大大削弱了抖振。而在理想条件下,即无非线性、无外部干扰时,对于经典设计的系统,过渡过程时间ts为1.6 s,超调量为17%。而在实际工作中是达不到这些指标的。
3 结论
本文针对具有非线性和不确定性的复杂系统,提出了一种基于模糊逻辑的滑模变结构控制策略。文中给出了由期望极点来确定等效控制的方法,通过采用具有切换增益的鲁棒反馈控制来保证到达条件,利用模糊调整方案来加速到达滑模区,并削弱抖振。从仿真结果可以看出,这种控制方法加快了系统的响应速度,减小了超调,并且可以有效地抑制高频抖振,对模型的不确定性和外部扰动具有较强的鲁棒性。
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