滑模预测变结构控制及其在倒立摆系统中的应用

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1、摘要滑模变结构控制因其对匹配的不确定性和外部干扰具有绝对的鲁棒性和完全自适应的特点，得到了广泛的重视和研究，成为了非线性控制理论的一个重要分支。近年来，为了改进滑模变结构控制的缺点，使其能够更多地应用于实际生产中，越来越多的学者将滑模变结构控制理论与其他控制理论相结合。滑模预测变结构控制是将预测控制的思想引入到滑模变结构中，利用预测控制中的滚动优化和反馈校正来优化滑模轨迹的到达过程，最终达到削弱抖振和增强鲁棒性的目的。本论文在前人的研究工作和实际例子的基础上，对滑模预测变结构控制的若干问题进行了较为深入的研究，其中包

2、括：(一)针对传统离散变结构趋近律方法具有抖振严重的缺陷，提出了一种新的离散趋近律，证明了该趋近律对于确定和不确定系统的良好收敛性，最后通过仿真表明了该趋近律具有强抖振消弱能力和一定的鲁棒性。(二)介绍了滑模预测控制器的设计方法以及其参数确定的顺序，并构造了一系列滑模预测模块用于实现实际系统的Simulink实时仿真，最后通过例子验证了滑模预测控制方法在系统具有不确定性和外部干扰较大时比传统变结构方法的控制稳态误差小，鲁棒性强。(三)针对一级倒立摆系统，运用滑模预测控制器对其进行平衡控制和自举研究，验证了预测时域对控

3、制性能影响以及滑模预测方法相比传统变结构方法对不确定性系统优异控制性能。(四)在前述章节的基础上，成功实现了滑模预测变结构设计方法对二级串联倒立摆的平衡控制，验证了该方法对高阶非线性系统控制的鲁棒性，为实现更多级倒立摆系统的平衡控制奠定了基础。最后是全文的总结和展望。关键词：滑模预测，离散交结构，趋近律设计，辩振抑制，倒立摆系统AbstractSlidingmodevariablestructureeontr01(SMVSC)whichis姐importantbr'anehofnonlinearcontroltheo

4、z‘y9h鼬atlraetcdinoFe'andmOlrleattentionbl文?,ltl,iScofitsp蝴featuresofarbitraryrobustnessandcompleteadaptationtomatchinguncertaintiesandexternaldistmbanecs．Inrecentyears,inordertoo'／el,COlnCtheslaorteomingof$MVSC锄dal’plyitintonlorcactualproductions,$MVSCi8eonbinc

5、dwithotlaetcontrolnMjofi髓bymanyresearchers．VariablostructurecontrolOCSC)basedOnslidingmodepredictionusesrecedinghorizonoplimization锄dfeedbackcon'l娥iontooptill'lizefilerenehingIn'Oe∞SofslidingmodeforthepUl'pOSl：ofchatteringe"hminationandenlumeingrobustness．SOIIl

6、tjproblemsofVSCbasedonslidingmodoprediction矾studiedinthisthesis,andthemaincorltcnt8ofita∞outlinedasfollows,i)AnewdiscretereachinglawispresentedinordertodealwimtheflawwhielaexitsinconventionalvariablestructurereachinglIIWmethod．Theconvclrgcnceofn钾reachinglawforn

7、ominalanduncertainsystemsisproved．Goodperformanceandrobustnessofthisreachinglawisshowedbysimulations．ii)Themethodofslidingmodepredictioncontrollerdesignedandtheguidelinefortuningparametersisintroduced．Themoduleofslidingmodepredictionisconstructedtoachievetherea

8、l-timesimulation．Finally,theresultofcomparisonwithconventionalvariablecontrolshowesthatthemethodofslidingmodepredictionhassmallersteady-stateelTOFandgoodrobustnesswhenthetme