离散时间系统变结构拟滑模控制改进算法
赵亚丹,王亚慧,程培新
(北京建筑工程学院电气与信息工程学院,北京100044)
摘要:传统的离散时间变结构控制律均是以等效控制为基础,长期的应用表明这种设计思想欠合理。针对该问题,设计了离散时间系统变结构滑模控制的一种新算法。算法针对前人所提出的控制算法不足之处,对离散时间滑模控制量设计进行了改进。理论分析表明,所提出的控制算法满足离散时间变结构系统到达条件的要求,通过选择合适的滑模切换函数以及控制律参数,保证系统的轨线快速落在滑模面上,有效地缩短了系统状态到达滑动模态的时间,且抖振小。仿真结果表明,使用改进控制算法的系统输出响应优于未改进算法情况,响应速度较快,证明了所提出的算法是可行的、有效的。
关键词:离散时间系统;变结构控制;滑模
中图分类号:TP182 文献标识码:A
1 引言
变结构控制(variable structure contro,l VSC)本质上是一类特殊的非线性控制[1]。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,所以又常称变结构控制为滑动模态控制(slidingmode contro,lSMC),即滑模变结构控制。由于变结构系统中的滑动模态具有不变性,即它和系统的摄动性与外界干扰无关。这种理想的鲁棒性引起了控制界的极大关注,并在连续与离散时间系统中得到了很大发展。近年来,对离散变结构的研究逐渐增多,已取得了一些成果。Dote and Hoft首次考虑了离散时间系统变结构控制,并提出了与连续系统相对应的离散系统到达条件[2];Milosavljevic提出了拟滑模的思想[3]; Sapturk进一步给出了离散变结构控制的趋近和滑动条件[4]; Furuta以李雅普诺夫函数形式给出了到达条件,提出了基于等效控制的离散滑模变结构控制[5];高为炳[6, 7, 8]定义了拟滑动模态,给出了更一般的到达条件即离散趋近律。于双和等[9]提出在拟滑模阶段控制律由离散趋近控制转为离散等效控制的控制方法;文献[10, 11]将变速趋近律与指数趋近律相结合,提出了比例-等速-变速控制,保证系统状态最后能趋于状态零点。
本文针对离散时间系统,讨论了一类线性SISO系统的离散时间拟滑模变结构控制算法,控制形式简单,使系统对参数摄动和外部干扰具有很强的鲁棒性,并且大大降低了系
5 结论
本文针对线性离散时间系统,基于已有的研究成果,给出了离散时间系统变结构控制律设计的一种新方法。所提出的变结构控制算法不仅完全满足离散变结构系统到达条件的要求,可保证系统的运动在有限时间内到达滑模,并沿滑动流形渐近到达原点,保证了闭环系统的稳定性,系统输出响应快,获得了满意的控制性能。但上述改进仍存在不足之处,即系统在加快了输出响应的同时超调量有所变大,此问题将在另文中讨论。
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