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一类仿射非线性系统滑模降阶控制器设计及其应用

作　者: 曾令武
导　师: 蒋沅
学　校: 南昌航空大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 仿射非线性系统 滑模控制 滑模降阶 微分同胚变换 CE150直升机模型
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 23次
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内容摘要


在工程实际应用中，很大一类非线性系统，包括机器人系统、电力系统、直升机控制系统及工业过程控制系统的数学模型都具有仿射非线性系统形式，而且系统模型庞大，为此，对该类非线性系统的模型降阶研究具有重大的意义。本文的研究工作主要包括以下4个方面：1.在阅读相关参考文献的基础上，对模型降阶这一课题的研究内容和现状进行了综述，并且对各模型降阶方法进行了优缺点分析。2.研究了一类非线性仿射系统的控制器设计问题，基于滑模变结构控制理论，提出了一种新的控制器设计方法：滑模降阶方法，即反复运用变结构控制理论，对一类高阶仿射非线性系统，构造出合适的微分同胚变换函数和设计出滑动流形，把初始系统降至可降的最低阶系统，并构造出变结构控制律，再利用当前级和上一级控制输入的映射关系做相应次数反推运算，即得到初始系统的控制输入。通过仿真算例表明，该方法有效可行。3.应用滑模降阶控制器设计方法对带有交叉耦合的多输入CE150直升机非线性系统模型进行滑模降阶处理和控制器设计，同时对抑制系统外部干扰和消除抖振进行了研究分析，最后给出MATLAB数值仿真验证了该方法的有效性，且具有一定的鲁棒性。4.对本文的研究进行总结，并给出本课题的不足之处和进一步研究方向。与其他模型降阶方法相比，本文提出的滑模降阶方法具有下述三方面的创新意义：适用于非线性控制系统的模型降阶；比起传统的降阶方法，此方法不损失系统任何信息；滑动流形的设计具有一般性，适用范围广。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 课题研究目的和意义  9-10
  1.2 相关技术国内外发展及研究现状  10-11
    1.2.1 滑模变结构控制研究现状  10-11
    1.2.2 模型降阶研究现状  11
  1.3 本文的主要研究内容及结构安排  11-13
    1.3.1 主要研究内容  11-12
    1.3.2 论文结构安排  12-13
第二章 一类单输入非线性系统滑模降阶控制器设计  13-23
  2.1 引言  13-14
  2.2 滑模降阶理论  14
  2.3 第一次降阶  14-16
    2.3.1 坐标变换  14
    2.3.2 滑动流形设计  14-15
    2.3.3 接近态设计  15
    2.3.4 稳定性分析  15-16
  2.4 第二次降阶  16-17
    2.4.1 坐标变换  16
    2.4.2 滑动流形设计  16-17
    2.4.3 接近态设计  17
  2.5 第k次降阶  17-18
    2.5.1 坐标变换  17-18
    2.5.2 滑动流形设计  18
    2.5.3 接近态设计  18
  2.6 滑模降阶控制器设计分析  18-19
  2.7 数值仿真  19-22
  2.8 本章小结  22-23
第三章 一类多输入非线性系统滑模降阶控制器设计  23-36
  3.1 引言  23-24
  3.2 滑模降阶理论  24
  3.3 第一次降阶  24-26
    3.3.1 坐标变换  24-25
    3.3.2 滑动流形设计  25
    3.3.3 接近态设计  25
    3.3.4 稳定性分析  25-26
  3.4 第二次降阶  26-27
    3.4.1 坐标变换  26
    3.4.2 滑动流形设计  26-27
    3.4.3 接近态设计  27
  3.5 第k次降阶  27-28
    3.5.1 坐标变化  27-28
    3.5.2 滑动流形设计  28
    3.5.3 接近态设计  28
  3.6 滑模降阶控制器设计分析  28-29
  3.7 仿真算例  29-35
  3.8 本章小结  35-36
第四章 滑模降阶方法在非线性直升机系统控制设计中的应用  36-51
  4.1 引言  36-37
  4.2 直升机系统模型描述  37-39
  4.3 直升机模型的滑模降阶控制器设计  39-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章 总结与展望  51-53
  5.1 总结  51
  5.2 展望  51-53
参考文献  53-56
攻读硕士期间发表论文情况  56-57
致谢  57-58
附录  58-71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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