离散滑模变结构控制系统的设计
曹安照 田 丽
(安徽机电学院,芜湖 241000)
摘要 本文给出了一种离散滑模控制策略及最优滑模面的设计方法。针对一个直流PWM伺服系统,进行了离散滑模控制。仿真结果表明,离散滑模控制能使伺服系统获得更为优良的性能。
关键词 抖动 离散滑模控制 伺服系统
1 引言
变结构控制器(VSC)与其他一些控制器相比,具有控制规律简单、对系统的数学模型精确性要求不高,可以有效地调和动、静态之间的矛盾且具有鲁棒性等优点,近年来已被广泛应用于处理一些复杂的线性、时变、多变量耦合等不确定系统。VSC目前在电气传动领域的应用也十分活跃,在数控机床进给传动、机械手的手臂运动等要求响应快、无超调、定位精度高的生产实际中也得到广泛应用。
滑模控制是变结构系统理论中一种简单有效的控制方法。目前用于控制系统中的变结构控制一般是滑模控制,其滑模控制器的设计大都在连续系统基础上进行,而控制器的执行一般由计算机完成。这种控制器的设计方法只是一种近似设计方法。采样周期对系统性能影响较大,系统普遍存在较严重的抖动现象,从而影响了控制系统的稳态精度,尤为严重的是,如果采样周期选择不当,还可能引起系统的不稳定。为此研究者们提出了基于离散系统的离散变结构控制[1][2]。
研究表明,基于离散系统设计的滑模控制器相比基于连续系统设计的滑模控制器主要有如下优点:控制器输出量的切换次数减少,有利于减弱系统抖动,使应用于采样周期较长的控制系统成为可能。
变结构系统设计中有两个重要方面。一是选择适当的控制规律,保证滑模面;二是确定滑模面,以决定系统最终的性能。下面从这两个方面来考虑。
离散滑模变结构控制策略
设系统方程为:
X(k+1)=ΦX(k)+Γ[u(k)+V(k)] (1)
式中X(•)是一个n维状态向量,u(•)是一个控制标量,V(•)表示系统未建模部分的动力学特性。假定V(k)
滑模变结构存在的主要问题是抖动。滑模控制器输出量的切换次数和变化强度在很大程度上反映了抖动的程度。为了便于比较,本文同时对基于离散系统及基于连续系统进行了滑模控制器的设计。从仿真结果来看,离散滑模控制器输出量的切换次数和变化强度明显弱于连续滑模控制器,这与理论分析相符。由此可知,采用离散滑模控制能使系统抖动明显减弱,并且系统性能受采样周期影响不大,一般不会因为采样周期过长而引起系统严重抖动和不稳定。同时,适当选取控制器各参数的值,也能使系统获得良好的鲁棒性。可以预见,离散滑模控制具有广阔的应用前景。
|
