電液位置伺服系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制研究李紹博

1、電液位置伺服系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制研究答辯人 ：李紹博 指導(dǎo)教師：鄭 艷 副教授7/23/2022電液位置伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型電液位置伺服系統(tǒng)的終端滑?？刂齐娨何恢盟欧到y(tǒng)的離散時間滑?？刂平Y(jié)論與展望緒論電液位置伺服系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制7/23/2022緒論7/23/2022課題背景及研究意義 電液伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于航空、冶金等重要領(lǐng)域。它綜合了電氣和液壓兩方面的特長，具有控制精度高、響應(yīng)速度快、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。 電液伺服系統(tǒng)是一類典型的不確定非線性系統(tǒng)，普遍存在參數(shù)變化和外干擾。 滑模變結(jié)構(gòu)控制是一種十分有效的魯棒控制策略，得到了廣泛的應(yīng)用。 電液伺服系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法的研究

2、具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。7/23/2022滑模變結(jié)構(gòu)控制理論 考慮如下控制系統(tǒng)切換函數(shù)控制函數(shù) 使得（1）滑動模態(tài)存在； （2）滿足可達(dá)性條件；（3）保證滑動模態(tài)運(yùn)動的穩(wěn)定性。 滑模變結(jié)構(gòu)控制：非線性控制 控制的不連續(xù)性 滑動模態(tài) 抖振7/23/2022電液位置伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型7/23/2022 電液位置伺服控制系統(tǒng)是最為常見的液壓控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖2.1所示 圖2.1 電液伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 7/23/2022狀態(tài)空間方程(2.16) 式中電液位置伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù) (2.15) 7/23/2022電液位置伺服系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制7/23/2022電液位置伺服系統(tǒng)

3、的滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計 方程的轉(zhuǎn)化 假定 為給定輸入信號，令 可得(3.26) 式中7/23/2022滑模面的設(shè)計 切換函數(shù) 滑模運(yùn)動的微分方程確定于 化簡，可得 (3.27) (3.28) (3.30) 利用上式可以采用極點(diǎn)配置方法設(shè)計切換函數(shù) 7/23/2022滑模變結(jié)構(gòu)控制器的設(shè)計 (3.33) (3.32) (3.31) 7/23/2022電液位置伺服系統(tǒng)的PID控制器設(shè)計 圖3.1 模擬PID控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖PID控制器 (3.24) 7/23/2022仿真研究 圖3.5 滑模控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 圖3.6 滑?？刂葡到y(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 圖3.7 滑?？刂葡到y(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 圖3.

4、3 PID控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 圖3.4 PID控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 圖3.2 PID控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 7/23/2022電液位置伺服系統(tǒng)的終端滑?？刂?/23/2022電液位置伺服系統(tǒng)的終端滑?？刂破髟O(shè)計 具有全局魯棒性的終端滑模面設(shè)計 滑模面方程設(shè)計為 假設(shè) 為定義在 的 階可微的連續(xù)函數(shù)對于某個常數(shù) 是在時間段 上有界的，并且滿足 (4.1) (4.2) 式中的參數(shù) 滿足當(dāng) 時， 都等于0。7/23/2022終端滑?？刂破髟O(shè)計 當(dāng)電液位置伺服系統(tǒng)存在外部擾動時 (4.16) 式中式中 為正常數(shù)，(4.17) 7/23/2022可達(dá)性分析選取 函數(shù)(4.19) (4.20) (4

5、.21) 7/23/2022電液位置伺服系統(tǒng)的自適應(yīng)終端滑?？刂破髟O(shè)計 不確定項(xiàng)上界的估計值為 真實(shí)值與估計值的誤差為 為正常數(shù)。 (4.24) (4.23) 可達(dá)性分析(4.25) 7/23/2022仿真研究 圖4.3 終端滑模控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 圖4.5 終端滑?？刂葡到y(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 圖4.4 終端滑?？刂破鱱的變化曲線 圖4.6 終端滑?？刂破鱱的變化曲線 7/23/2022電液位置伺服系統(tǒng)的離散時間滑模控制7/23/2022離散趨近律的分析 研究單輸入離散系統(tǒng) (5.1) 利用離散指數(shù)趨近律方法求解系統(tǒng)的控制 系統(tǒng)狀態(tài)趨于切換面周圍的一個穩(wěn)態(tài)抖動，范圍是 離散指數(shù)趨近律 (5.2

6、) (5.3) 7/23/2022(5.5) (5.6) (1)離原點(diǎn)遠(yuǎn)近的界定問題(2)兩種趨近律交界處控制力突變對系統(tǒng)的影響問題 文獻(xiàn)59提出了兩個改進(jìn)的離散趨近律(5.4) 文獻(xiàn)44利用兩種趨近律切換思想,遠(yuǎn)離原點(diǎn)采用趨近律(5.1),原點(diǎn)附近采用趨近律(5.4)7/23/2022定理5.1：采用離散趨近律法設(shè)計滑?？刂葡到y(tǒng),趨近律(5.7)在沒有初始狀態(tài) 的限制條件下，可以保證系統(tǒng)狀態(tài)到達(dá)準(zhǔn)滑動模態(tài)，且有效地抑制了抖振，并最終到達(dá)原點(diǎn)。 趨近律(5.5)初始狀態(tài)必須滿足(5.7) (5.8) 改進(jìn)的趨近律17/23/2022針對系統(tǒng)(5.2)(5.3),由趨近律(5.6)，可得(5.1

7、0) (5.11) 定理5.2：采用離散趨近律法設(shè)計滑?？刂葡到y(tǒng)，趨近律(5.11)保持了趨近律(5.7)的優(yōu)點(diǎn)，同時可以保證控制力的切換幅度有顯著的減小。 改進(jìn)的趨近律27/23/2022電液位置伺服系統(tǒng)方程的離散化 (5.15) 7/23/2022電液位置伺服系統(tǒng)的基于趨近律離散滑?？刂破髟O(shè)計 基于離散指數(shù)趨近律的離散滑?？刂破髟O(shè)計 基于趨近律(5.6)的離散滑?？刂破髟O(shè)計 基于趨近律(5.7)的離散滑?？刂破髟O(shè)計 基于趨近律(5.11)的離散滑模控制器設(shè)計 (5.16) (5.17) (5.18) (5.19) 7/23/2022圖5.2 對應(yīng)趨近律(5.1)的狀態(tài)相平面軌跡 圖5.8 對應(yīng)趨近律(5.7)的狀態(tài)相平面軌跡 圖5.11 對應(yīng)趨近律(5.11)的狀態(tài)相平面軌跡 仿真研究 7/23/2022圖5.6 對應(yīng)趨近律(5.6)的控制輸入 圖5.12 對應(yīng)趨近律(5.11)的控制輸入 7/23/2022結(jié)論與展望7/23/2022本文的主要結(jié)論展望(1)針對電液位置伺服系統(tǒng)設(shè)計了滑?？刂破?，提高了系