变结构控制策略及在广义系统与Delta算子系统中设计研究
变结构控制是现代控制技术中一种先进的非线性反馈控制，主要包括无滑模变结构控制、滑模控制和切换监督控制等控制策略。软变结构控制通过连续选择参量改变控制器结构实现状态信号变化，是一种无滑模变结构控制策略。软变结构控制具有调节精度高，响应速度快，几乎不产生系统抖振等优点。滑模控制系统在滑动模态区域，沿着预置的切换面趋近于系统平衡状态。在一定的匹配条件下，滑模控制对系统内部参数摄动和外部干扰具有完全鲁棒性，但可能引起系统抖振。变结构控制逐渐在机器人模型、航空航天、化工流程、电机电网等许多实际领域中得到推广和应用。广义系统比正常系统更具广泛形式，在于广义系统不仅考虑系统鲁棒性和稳定性，且需分析系统是否具有正则性和无脉冲性(或因果性)，后者对于正常系统是无需考虑的。Delta算子系统可统一描述连续系统和离散系统，Delta算子理论广泛应用于高速信号处理和数字采样控制系统。
本文首先综述了变结构控制策略的起源和发展，广义系统的变结构控制和Delta算子系统的变结构控制研究现状。在此基础上，系统地研究了输入受限连续系统的软变结构控制策略、不确定离散系统基于趋近律方法的滑模控制策略、广义系统的变结构控制设计和Delta算子系统的变结构控制设计等问题。主要结果概括如下：⑴研究了控制输入受限连续系统的软变结构控制策略。给出了软变结构控制的定义和控制器的结构模式，基于隐Lyapunov函数给出了控制不受限和控制受限两种情形的软变结构控制，给出了带有状态观测器的软变结构控制系统。讨论了动态软变结构控制。给出了基于S类函数的软变结构控制，设计了基于双曲正切函数的软变结构控制器。基于sigmoid函数，给出了自主水下航行器的软变结构控制策略，仿真实验表明了软变结构控制策略的有效性。⑵研究了不确定离散系统基于趋近律方法的滑模控制策略。分析和比较了常见离散趋近律，给出了理想趋近律定义，设计了基于扰动补偿理想趋近律的离散滑模控制。给出了基于S类变速趋近律的离散滑模控制，综合了指数趋近律和变速趋近律情形的优点。最后将滑模控制策略应用到高新企业知识员工系统。⑶研究了输入受限连续广义系统的动态软变结构控制设计问题。描述了广义系统及其解的特征。给出了广义系统软变结构控制器的结构模式。分析了广义系统动态软变结构控制的稳定性，构造了广义系统的动态软变结构控制器，给出了广义系统动态软变结构控制的具体算法。⑷研究了非匹配不确定离散广义系统的滑模控制设计问题。设计了具有前级状态向量的动态切换函数，使得系统保持在切换带内稳定。给出了两种带有扰动补偿的离散广义趋近律，所设计的滑模控制系统消除了不确定项必须有界的限制，不必满足匹配条件。给出了系统准滑动模态保持逐步穿越切换面的必要条件，减小了准滑动模态切换带的带宽。⑸研究了Delta算子系统的滑模控制问题。利用线性矩阵不等式方法给出了切换面存在的充分条件，得到了滑模到达条件。设计了基于指数趋近律和基于理想趋近律方法的Delta算子系统滑模控制器，得到了Delta算子不确定系统滑模控制设计的一般方法，给出了该系统准滑动模态的渐近稳定性结果。最后设计了Delta算子系统的最优滑模控制器。
非线性系统;软变结构;滑动模态;计算机控制
中国海洋大学
博士
海洋信息探测与处理
高存臣
2012
中文
TP271.62;TP273
179
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）