滑模變結(jié)構(gòu)控制中抖振的特性研究與抑制.pdf

1、抖振特性研究是變結(jié)構(gòu)控制的重要內(nèi)容，它與變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的切換面參數(shù)、切換控制律、穩(wěn)定性分析均有著密切的聯(lián)系。針對變結(jié)構(gòu)控制的抖振易引發(fā)共振以及部分狀態(tài)變量不可測等問題，提出一種廣義描述函數(shù)(Describing Function)法穩(wěn)定判據(jù)和變結(jié)構(gòu)切換增益自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法；深入研究了變結(jié)構(gòu)抖振特性的計算和調(diào)節(jié)方法，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計和分析了齒隙補償控制器和兩類二階采樣變結(jié)構(gòu)控制器；探討了變結(jié)構(gòu)控制中與系統(tǒng)初值相關(guān)的穩(wěn)定性問題。通過仿真實驗和

2、電路實驗，驗證了本文關(guān)于抖振特性的理論計算結(jié)果。主要工作及創(chuàng)造性成果如下：
　　1.推導(dǎo)了基于數(shù)值計算和作圖的廣義DF法穩(wěn)定判據(jù)，以完善頻率相關(guān)描述函數(shù)N(A,ω)的穩(wěn)定性分析。利用廣義DF法穩(wěn)定判據(jù)繪制θ-ω曲線，觀察曲線斜率變化，快速判斷變結(jié)構(gòu)控制的抖振點數(shù)量，并揭示系統(tǒng)初值對變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)穩(wěn)定性和抖振特性的影響。將該判據(jù)應(yīng)用于趨近律和繼電系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)控制，研究了采樣周期、系統(tǒng)零極點分布對抖振穩(wěn)定性的影響，為部分狀態(tài)切換面的設(shè)計提供

3、了依據(jù)。
　　2.將抖振特性研究方法應(yīng)用于輸出端齒隙模型和內(nèi)部齒隙模型的補償算法，分別設(shè)計了雙回路切換控制器和力矩反饋控制器。雙回路切換控制器將理想繼電器與齒隙遲滯模型串聯(lián)，簡化了輸出端齒隙模型的描述函數(shù)計算；力矩反饋控制器利用內(nèi)部齒隙模型的輸出端位置信號，估計齒隙接觸面?zhèn)鬟f力矩；借助廣義DF法穩(wěn)定判據(jù)，建立齒隙輸入端與力矩反饋的頻域關(guān)系，并計算力矩反饋增益的穩(wěn)定范圍。通過適當(dāng)改變兩控制器增益，靈活調(diào)節(jié)抖振特性，使系統(tǒng)達到所期望的

4、控制精度和響應(yīng)速度。
　　3.完善了輸出微分和輸出反饋的兩類二階采樣變結(jié)構(gòu)控制的穩(wěn)定性證明，推導(dǎo)了控制器與抖振特性的關(guān)系式。在時域上采用相軌跡法，計算系統(tǒng)在相平面關(guān)鍵點之間的轉(zhuǎn)移時間，進而推導(dǎo)相軌跡在橫縱坐標(biāo)軸的運動范圍，得到系統(tǒng)的抖振特性解析表達式；在頻域上利用廣義DF法穩(wěn)定判據(jù)，證明了輸出反饋二階采樣變結(jié)構(gòu)控制的穩(wěn)定性，并研究了系統(tǒng)初值與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系，為該控制器的優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。設(shè)計了以DSP和FPGA為核心的變結(jié)

5、構(gòu)電路實驗平臺，通過繪制、比較實驗所得的抖振運動與極限環(huán)相軌跡，驗證了二階采樣變結(jié)構(gòu)控制的抖振特性分析方法。
　　4.提出了一種自適應(yīng)無跡卡爾曼濾波(AUKF)算法，通過檢測狀態(tài)變量微分累積值，判斷狀態(tài)是否突變。在狀態(tài)突變時刻重置協(xié)方差矩陣，以提高狀態(tài)估計跟蹤速度，減小狀態(tài)估計超調(diào)量；經(jīng)過迭代運算使協(xié)方差矩陣再次與系統(tǒng)噪聲模型匹配?；贏UKF算法，設(shè)計了一種非線性系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)抖振抑制方案，通過估計外部擾動，自適應(yīng)調(diào)節(jié)變結(jié)構(gòu)切換增益