电液位置伺服系统滑模变结构控制研究李绍博

1、电液位置伺服系统的滑模变结构控制研究答辩人 ：李绍博 指导教师：郑 艳 副教授7/23/2022电液位置伺服系统的数学模型电液位置伺服系统的终端滑模控制电液位置伺服系统的离散时间滑模控制结论与展望绪论电液位置伺服系统的滑模变结构控制7/23/2022绪论7/23/2022课题背景及研究意义 电液伺服控制系统已经被广泛地应用于航空、冶金等重要领域。它综合了电气和液压两方面的特长，具有控制精度高、响应速度快、输出功率大等优点。 电液伺服系统是一类典型的不确定非线性系统，普遍存在参数变化和外干扰。 滑模变结构控制是一种十分有效的鲁棒控制策略，得到了广泛的应用。 电液伺服系统的滑模变结构控制方法的研究

2、具有重要的理论意义和实际应用价值。7/23/2022滑模变结构控制理论 考虑如下控制系统切换函数控制函数 使得（1）滑动模态存在； （2）满足可达性条件；（3）保证滑动模态运动的稳定性。 滑模变结构控制：非线性控制 控制的不连续性 滑动模态 抖振7/23/2022电液位置伺服系统的数学模型7/23/2022 电液位置伺服控制系统是最为常见的液压控制系统。控制系统结构框图见图2.1所示 图2.1 电液伺服控制系统的结构框图 7/23/2022状态空间方程(2.16) 式中电液位置伺服系统的传递函数 (2.15) 7/23/2022电液位置伺服系统的滑模变结构控制7/23/2022电液位置伺服系统

3、的滑模变结构控制器设计 方程的转化 假定 为给定输入信号，令 可得(3.26) 式中7/23/2022滑模面的设计 切换函数 滑模运动的微分方程确定于 化简，可得 (3.27) (3.28) (3.30) 利用上式可以采用极点配置方法设计切换函数 7/23/2022滑模变结构控制器的设计 (3.33) (3.32) (3.31) 7/23/2022电液位置伺服系统的PID控制器设计 图3.1 模拟PID控制系统的结构框图PID控制器 (3.24) 7/23/2022仿真研究 图3.5 滑模控制系统的阶跃响应曲线 图3.6 滑模控制系统的阶跃响应曲线 图3.7 滑模控制系统的阶跃响应曲线 图3.

4、3 PID控制系统的阶跃响应曲线 图3.4 PID控制系统的阶跃响应曲线 图3.2 PID控制系统的阶跃响应曲线 7/23/2022电液位置伺服系统的终端滑模控制7/23/2022电液位置伺服系统的终端滑模控制器设计 具有全局鲁棒性的终端滑模面设计 滑模面方程设计为 假设 为定义在 的 阶可微的连续函数对于某个常数 是在时间段 上有界的，并且满足 (4.1) (4.2) 式中的参数 满足当 时， 都等于0。7/23/2022终端滑模控制器设计 当电液位置伺服系统存在外部扰动时 (4.16) 式中式中 为正常数，(4.17) 7/23/2022可达性分析选取 函数(4.19) (4.20) (4

5、.21) 7/23/2022电液位置伺服系统的自适应终端滑模控制器设计 不确定项上界的估计值为 真实值与估计值的误差为 为正常数。 (4.24) (4.23) 可达性分析(4.25) 7/23/2022仿真研究 图4.3 终端滑模控制系统的阶跃响应曲线 图4.5 终端滑模控制系统的阶跃响应曲线 图4.4 终端滑模控制器u的变化曲线 图4.6 终端滑模控制器u的变化曲线 7/23/2022电液位置伺服系统的离散时间滑模控制7/23/2022离散趋近律的分析 研究单输入离散系统 (5.1) 利用离散指数趋近律方法求解系统的控制 系统状态趋于切换面周围的一个稳态抖动，范围是 离散指数趋近律 (5.2

6、) (5.3) 7/23/2022(5.5) (5.6) (1)离原点远近的界定问题(2)两种趋近律交界处控制力突变对系统的影响问题 文献59提出了两个改进的离散趋近律(5.4) 文献44利用两种趋近律切换思想,远离原点采用趋近律(5.1),原点附近采用趋近律(5.4)7/23/2022定理5.1：采用离散趋近律法设计滑模控制系统,趋近律(5.7)在没有初始状态 的限制条件下，可以保证系统状态到达准滑动模态，且有效地抑制了抖振，并最终到达原点。 趋近律(5.5)初始状态必须满足(5.7) (5.8) 改进的趋近律17/23/2022针对系统(5.2)(5.3),由趋近律(5.6)，可得(5.1

7、0) (5.11) 定理5.2：采用离散趋近律法设计滑模控制系统，趋近律(5.11)保持了趋近律(5.7)的优点，同时可以保证控制力的切换幅度有显著的减小。 改进的趋近律27/23/2022电液位置伺服系统方程的离散化 (5.15) 7/23/2022电液位置伺服系统的基于趋近律离散滑模控制器设计 基于离散指数趋近律的离散滑模控制器设计 基于趋近律(5.6)的离散滑模控制器设计 基于趋近律(5.7)的离散滑模控制器设计 基于趋近律(5.11)的离散滑模控制器设计 (5.16) (5.17) (5.18) (5.19) 7/23/2022图5.2 对应趋近律(5.1)的状态相平面轨迹 图5.8 对应趋近律(5.7)的状态相平面轨迹 图5.11 对应趋近律(5.11)的状态相平面轨迹 仿真研究 7/23/2022图5.6 对应趋近律(5.6)的控制输入 图5.12 对应趋近律(5.11)的控制输入 7/23/2022结论与展望7/23/2022本文的主要结论展望(1)针对电液位置伺服系统设计了滑模控制器，提高了系