[發明專利]基于兩種趨近律的滑模控制方法

有效

• 申請號: 201811136551.5
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN108958042B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 趙海濱;劉沖;陸志國;于清文
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

本發明屬于自動控制技術領域，提出基于兩種趨近律的滑模控制方法，流程包括：定義帶有建模不確定和外部干擾信號的二階非線性系統；設計滑模面，并分別采用變速率指數趨近律和雙冪次趨近律設計滑模控制器；設計滑模控制器的切換規則，通過滑模面絕對值的大小進行滑模控制器的切換；基于滑模控制器的切換規則，分別采用變速率指數趨近律滑模控制器和雙冪次趨近律滑模控制器，對帶有建模不確定和外部干擾信號的二階非線性系統進行控制；基于兩種趨近律的滑模控制器用于二階非線性系統的平衡控制，具有非常快的收斂速度，對建模不確定和外部干擾信號具有很好的魯棒性。

技術領域

本發明屬于自動控制技術領域，具體涉及基于兩種趨近律的滑模控制方法。

背景技術

滑模控制對于建模不確定和外部干擾信號具有很強的魯棒性，并具有響應速度快和容易實現等優點，廣泛用于非線性系統的控制。在滑模控制器的設計中，常用的趨近律有等速趨近律、指數趨近律、冪次趨近律、快速冪次趨近律和雙冪次趨近律等。等速趨近律的趨近速度恒定，指數趨近律能夠加快遠離滑模面時的趨近速度。等速趨近律和指數趨近律方法設計的滑模控制器會出現抖振現象。冪次趨近律在遠離滑模面時趨近速度較慢，將指數趨近律和冪次趨近律相結合提出了快速冪次趨近律。當遠離滑模面時，雙冪次趨近律具有比快速冪次趨近律更快的趨近律速度。當系統存在建模不確定和外部干擾信號時，冪次趨近律、快速冪次趨近律和雙冪次趨近律的滑模面都不能收斂到零，而是收斂于穩態誤差的界限內。在現有的滑模控制器設計中，均采用單一的趨近律，不能充分發揮各個趨近律的優點。本發明提供采用兩種趨近律的滑模控制方法，分別采用變速率指數趨近律和雙冪次趨近律，設計滑模控制器的切換規則，進行滑模控制器的切換。

發明內容

基于以上的技術問題，本發明提供基于兩種趨近律的滑模控制方法，對于帶有建模不確定和外部干擾信號的二階非線性系統，設計滑模面，然后分別采用變速率指數趨近律和雙冪次趨近律設計滑模控制器，設計滑模控制器的切換規則，進行滑模控制器的切換。采用兩種趨近律的滑模控制器用于二階非線性系統的平衡控制，具有非常快的收斂速度，對建模不確定和外部干擾信號具有很好的魯棒性。

所述基于兩種趨近律的滑模控制方法，包括以下步驟：

步驟1：定義帶有建模不確定和外部干擾信號的二階非線性系統：

其中，x₁和x₂為系統的狀態變量，x＝[x₁,x₂]^T，f(x,t)為連續函數，t為時間；Δf(x)為建模不確定，d(t)為外部干擾信號，u(t)為控制輸入；建模不確定Δf(x)和外部干擾信號d(t)均有界，即：

|Δf(x)|+|d(t)|≤d₁ (2)

其中，d₁為建模不確定和外部干擾信號的上界，且d₁≥0；

步驟2：設計滑模面，并分別采用變速率指數趨近律和雙冪次趨近律設計滑模控制器；

設計滑模面為s₁與s₂：

s₁＝s₂＝x₂+cx₁ (3)

其中，c為常數，且c＞0。

在滑模控制器的設計中，采用的變速率指數趨近律為