[發(fā)明專利]固定時(shí)間收斂的非線性平臺(tái)滑?？刂品椒?、裝置及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110303844.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN113064349B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余立;賀光;王祥科;習(xí)業(yè)勛;趙述龍;沈林成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 長(zhǎng)沙國(guó)科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 周達(dá)

本發(fā)明提出了一種固定時(shí)間收斂的非線性平臺(tái)滑模控制方法、裝置及系統(tǒng)，基于固定時(shí)間穩(wěn)定理論構(gòu)建固定時(shí)間穩(wěn)定子系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)滑模面，滑模運(yùn)動(dòng)收斂時(shí)間有上界且不依賴于初始狀態(tài)；然后結(jié)合觀測(cè)器、嚴(yán)格正函數(shù)設(shè)計(jì)滑?？刂破鳎谙娈愋缘耐瑫r(shí)解決抖振問(wèn)題，確保滑模面在固定時(shí)間內(nèi)可達(dá)。相較于現(xiàn)有滑?？刂品椒?，本發(fā)明可以提高滑?？刂剖諗克俣?，使系統(tǒng)狀態(tài)在固定時(shí)間內(nèi)收斂，有助于提高系統(tǒng)魯棒性、控制精度。在無(wú)人機(jī)、無(wú)人車、機(jī)器人等非線性平臺(tái)上應(yīng)用，可有效提高系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力及控制性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于滑?？刂祁I(lǐng)域，具體是提出一種固定時(shí)間收斂的非線性平臺(tái)滑模控制方法、裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

滑?？刂凭哂衅ヅ鋽_動(dòng)不敏感性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于帶有不確定性的系統(tǒng)如機(jī)器人、飛行器、電氣系統(tǒng)等。滑模控制設(shè)計(jì)包含兩步：構(gòu)建滑模面、設(shè)計(jì)控制律。其中滑模面的構(gòu)建形式不拘一格，按照滑模面形式分類主要有線性滑?？刂啤⒔K端滑?？刂啤⒎e分滑?？刂频?。傳統(tǒng)線性滑模控制可確保系統(tǒng)狀態(tài)漸進(jìn)收斂，理論收斂時(shí)間無(wú)窮大；終端滑?？蓪?shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)有限時(shí)間收斂，然而收斂時(shí)間依賴于初始狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)初始狀態(tài)未知收斂時(shí)間難以預(yù)知，并且當(dāng)狀態(tài)遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)時(shí)終端滑模收斂速度慢于線性滑模。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有滑模控制收斂速度慢、存在抖振的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種固定時(shí)間收斂的非線性平臺(tái)滑?？刂品椒?、裝置及系統(tǒng)，本發(fā)明基于固定時(shí)間收斂子系統(tǒng)設(shè)計(jì)通用滑模面與控制律，使得系統(tǒng)狀態(tài)在固定時(shí)間內(nèi)收斂至平衡點(diǎn)，既可以提高收斂速度又可以確保系統(tǒng)魯棒性。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

固定時(shí)間收斂的非線性平臺(tái)滑?？刂品椒?，包含如下步驟：

步驟一、設(shè)計(jì)固定時(shí)間收斂子系統(tǒng)；

步驟二、基于固定時(shí)間收斂子系統(tǒng)設(shè)計(jì)非線性平臺(tái)的固定時(shí)間收斂滑模面；

步驟三、基于非線性平臺(tái)的固定時(shí)間收斂滑模面，結(jié)合觀測(cè)器與嚴(yán)格正函數(shù)設(shè)計(jì)非線性平臺(tái)的固定時(shí)間滑?？刂破?；

步驟四、采用步驟三獲得的固定時(shí)間連續(xù)滑?？刂破鳎瑢?shí)現(xiàn)非線性平臺(tái)的固定時(shí)間控制。

本發(fā)明的步驟一中，包括：設(shè)計(jì)非線性標(biāo)量系統(tǒng)：其中y是非線性標(biāo)量系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)，表示非線性標(biāo)量系統(tǒng)的狀態(tài)導(dǎo)數(shù)，δ₁＝m₁^sign(|y|-1)，δ₂＝m₂^sign(1-|y|)，m₁＞1,0＜m₂＜1，α＞0,β＞0是常數(shù)；

則上述非線性標(biāo)量系統(tǒng)可在固定時(shí)間內(nèi)收斂至原點(diǎn)，即為所設(shè)計(jì)的固定時(shí)間收斂子系統(tǒng)。

本發(fā)明的步驟二中，非線性平臺(tái)的系統(tǒng)模型為：

其中x＝[x₁,x₂]^T為非線性平臺(tái)的系統(tǒng)狀態(tài)，f(x),b(x)為連續(xù)函數(shù)，u為非線性平臺(tái)的控制輸入，d(t)為非線性平臺(tái)的外部擾動(dòng)。

基于固定時(shí)間收斂子系統(tǒng)，非線性平臺(tái)的非奇異滑模面形式為：

s＝x₂+α_sλ₁(x₁)+β_sλ₂(x₁)