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连续时间系统滑模变结构控制演示文稿

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滑模变结构控制的基本原理精品PPT课件

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里亚普诺夫函数的必要条件
v x 1 ,.x .n . ,s x 1 ,.x .n .2,
在s=0附近v是一个非增函数，因此满足条件式
，
则定lim义d函ss数2 式0
x0 dt
是系统里的一个里亚
普诺夫函数。系v x 统1 ,本.身x .n就. 稳,s定x 1 ,于.条x .n件.2s,=0。
5.3 菲力普夫理论
ds lim x 0 dt
ds lim x 0 dt
ds lim x 0 dt
ds lim x 0 dt
ds lim x 0 dt
ds lim x 0 dt
ds 0 lim
x 0 dt ds
0 lim x 0 dt ds
0 lim x 0 dt
0 lim ds x 0 dt ds
两者的性质是不同的，其不同之处在于：系统的运动点到达
直线 q(x)x2 a1x10附近时，是穿越此直线而过的； 而运动点到达直线 q(x)x2c1x0附近时，是从直线两边 趋向此直线的。直线 q(x)x2c1x0具有一种“强迫”或
者“吸引”运动点沿此直线运动的能力。
5.2.1 滑动模态
在系统
dxf(x) xRn dt
ete2t et2e2t
b
0
1
5.1.1 开关控制
v =常数 2r 或 2r-m 因此
2 e t e 2 t
xt 2 e t 2 e 2 t
e t e 2 t x 10 e t 2 e 2 t x20
0.5et 0.5e2t
et e2t
v
或
x 1 x t 2 t2 x 1 0 2 x 1 0 x 2 0 x 2 1 0 e tv e x t 1 0 2 x 1 x 2 0 0 2 0 x 2 .5 0 v e 2 v te 0 2 t .5 v

第02章滑模变结构控制基础

第02章滑模变结构控制基础
所以，一般将变结构控制就称为滑模控制(SMC)，为了突出变结
构这个特点，本书统称为滑模变结构控制。
本次您浏览到是第三页，共二十八页。
2.1 滑模变结构控制简介
2.1.2 滑动模态定义
人为设定一经过平衡点的相轨迹，通过适当设计，系统状态点沿
着此相轨迹渐近稳定到平衡点，或形象地称为滑向平衡点的一种运 动，滑动模态的”滑动“二字即来源于此。
lim
s 0
s
0
lim
s 0
s
0
式（2.3.2）称为局部到达条件。
（2.3.2）
本次您浏览到是第十一页，共二十八页。
2.3.1 右端不连续微分方程
对对局部到达条件扩展可得全局到达条件：
ss 0
（2.3.3）
相应地，构造李雅普诺夫型到达条件：
V
1 s2 2
V 0
（2.3.4）
满足上述到达条件，状态点将向切换面趋近，切换面为 止点区。
表明：此处，滑动模态运动是按指数稳定。
本次您浏览到是第二十页，共二十八页。
2.3.4 滑模变结构控制的品质
滑模变结构控制的整个控制过程由两部分组成： ① 正常运动段：位于切换面之外, 如图2.3.5的 x0 A 段所示。 ② 滑动模态运动段：位于切换面上的滑动模态区之 内，如图2.3.5的 A O 段所示。
(1) 选择切换函数，或者说确定切换面 s(x) 0；
SISO系统线性切换函数（本书研究内容）：
s(x) cx c1, c2 ,
x1
,
cn1
,1
x2
xn
MIMO系统线性切换函数：
s1 ( x )
x0
O
A
s(x) 0

第03章 连续时间系统滑模变结构控制

第03章 连续时间系统滑模变结构控制

c
3.4 滑模变结构控制器设计基本方法 1. 设计切换函数，使得所确定的滑动模态运动渐近 设计切换函数， 稳定且具有良好的动态品质。 稳定且具有良好的动态品质。 1) 二阶单输入系统（规范空间） 二阶单输入系统（规范空间） 线性切换函数为
& s = cx + x
(3以，只有 c > 0 时， 在切换面上的状态运动轨迹才会渐近趋向原点， 在切换面上的状态运动轨迹才会渐近趋向原点，即 保证了系统为渐近稳定。 保证了系统为渐近稳定。
【注】规范空间：以状态和状态变化率为坐标构成的空间 规范空间：
3.4 滑模变结构控制器设计基本方法 值时， 而选择不同的 c 值时，切换面上的状态运动轨迹趋 向原点的速度是不同的， 越大， 向原点的速度是不同的， c 越大，对于相同的 x ， x 的变化率越大，从而趋近速度越快。 的变化率越大，从而趋近速度越快。 图3.4.1，切换函数的参数分别选取c = 0.8和 c = 1.7 ， 作出图示说明。 作出图示说明。 & x
3） （3）当系统同时存在外干扰和不确定性时
& x = Ax + ∆Ax + B + Df
(3.3.7)
若同时满足匹配条件式（ ），则 若同时满足匹配条件式（3.3.2）和（3.3.5），则 ） ）， 系统可化为 (3.3.8) % % & x = Ax + B(u + ∆Ax + Df ) 通过设计控制律实现同时对不确定性和外干扰的完 全补偿。 全补偿。
第3章 连续时间系统滑模变结构控制
3.1 滑动模态到达条件 滑动模态到达条件 3.2 等效控制及滑动模态运动方程 等效控制及 3.3 滑模变结构控制匹配条件及不变性 滑模变结构控制匹配条件 匹配条件及 3.4 滑模变结构控制器设计基本方法 滑模变结构控制器设计基本方法 3.5 基于比例切换的滑模变结构控制 基于比例切换的滑模变结构控制 3.6 基于趋近律的滑模变结构控制 基于趋近律的滑模变结构控制 3.7 基于准滑动模态的滑模变结构控制 基于准滑动模态的滑模变结构控制

滑模变结构控制基本理论课件

滑模变结构控制基本理论课件

04
CATALOGUE
滑模变结构控制的实现与仿真
滑模控制器的MATLAB/Simulink实现
控制器设计
根据滑模变结构控制原理，利用 MATLAB/Simulink进行控制器设计，
包括滑模面函数、控制律等。
控制器参数调整
根据仿真结果，调整控制器参数，优 化控制性能。
模型建立
根据被控对象模型，在Simulink中建 立相应的仿真模型。
基于模拟退火算法的滑模控制器优化
模拟退火算法是一种基于物理退火原 理的优化算法，通过模拟金属退火过 程，寻找最优解。
模拟退火算法具有全局搜索能力强、 能够处理离散和连续问题等优点，适 用于滑模变结构控制的优化问题。
在滑模控制器优化中，模拟退火算法 可以用于优化滑模面的设计、滑模控 制器的参数等，提高滑模控制器的性 能和鲁棒性。
滑模控制器稳定性的分析方法
滑模控制器稳定性的分析方法包括基于 Lyapunov函数的方法、基于Razumikhin函数的 方法等。
滑模控制器稳定性的判定准则
滑模控制器稳定性的判定准则包括Lyapunov稳 定性定理、Razumikhin稳定性定理等。
03
CATALOGUE
滑模变结构控制的优化方法
基于遗传算法的滑模控制器优化
1
遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法， 通过模拟基因突变、交叉和选择等过程，寻找最 优解。
2
在滑模控制器优化中，遗传算法可以用于优化滑 模面的设计、滑模控制器的参数等，提高滑模控 制器的性能和鲁棒性。
3
遗传算法具有全局搜索能力强、能够处理多变量 和非线性问题等优点，适用于滑模变结构控制的 优化问题。
案例分析
通过具体案例分析，深入了解滑模控制器在 实际应用中的优势和不足。

滑模变结构控制基础

滑模变结构控制基础
2.1.3 系统结构定义 系统的一种模型，即由某一组数学方程描述的模型，
称为系统的一种结构，系统有几种不同的结构，就是说它 有几种(组)不同数学表达式表达的模型。
可编辑ppt
4
2.1 滑模变结构控制简介
2.1.4 滑模控制优点 滑动模态可以设计且与对象参数和扰动无关，具有快
速响应、对参数变化和扰动不灵敏（ 鲁棒性）、无须系统 在线辨识、物理实现简单。
s(x)>0
A
B
C
s(x)<0
s(x)=0
可编辑ppt
10
2.3.1 右端不连续微分方程
若切换面上某一区域内所有点都是止点，则一旦状 态点趋近该区域，就会被“吸引”到该区域内运动。此 时，称在切换面上所有的点都是止点的区域为“滑动模 态”区域。系统在滑动模态区域中的运动就叫做“滑动 模态运动”。按照滑动模态区域上的点都必须是止点这 一要求，当状态点到达切换面附近时，必有：
所以，一般将变结构控制就称为滑模控制(SMC)，为 了突出变结构这个特点，本书统称为滑模变结构控制。
可编辑ppt
3
2.1 滑模变结构控制简介
2.1.2 滑动模态定义
人为设定一经过平衡点的相轨迹，通过适当设计，系 统状态点沿着此相轨迹渐近稳定到平衡点，或形象地称为 滑向平衡点的一种运动，滑动模态的”滑动“二字即来源 于此。
2.1.5 滑模控制缺点 当状态轨迹到达滑动模态面后，难以严格沿着滑动模
态面向平衡点滑动，而是在其两侧来回穿越地趋近平衡点， 从而产生抖振——滑模控制实际应用中的主要障碍。
可编辑ppt
5
2.2 滑模变结构控制发展历史
20世纪50年代：
前苏联学者Utkin和Emelyanov提出了变结构控 制的概念，研究对象：二阶线性系统。

滑模变结构控制应用

滑模变结构控制应用

滑模变结构控制应用滑模变结构控制（Sliding Mode Variable Structure Control，SMVSC）是一种应用广泛的控制方法，它在控制系统中引入了滑模面，通过引导系统状态在该滑模面上滑动，实现对系统的快速、精确控制。

本文将介绍滑模变结构控制的基本原理和应用。

一、滑模变结构控制的基本原理滑模变结构控制是一种非线性控制方法，其基本原理是通过引导系统状态在滑模面上滑动，使得系统的状态能够快速、精确地达到所期望的状态。

滑模面通常由系统状态变量和控制输入变量构成，可以根据具体的系统需求进行选择和设计。

在滑模变结构控制中，控制器根据系统的状态误差和滑模面的导数来生成控制输入，以引导系统状态在滑模面上滑动。

滑模面的选择和设计是滑模变结构控制的关键，可以采用不同的方法和算法进行优化和调整。

二、滑模变结构控制的应用滑模变结构控制具有很强的适应性和鲁棒性，适用于各种不确定性和非线性系统。

它在工业控制、机器人控制、航空航天等领域都有广泛的应用。

1. 工业控制滑模变结构控制在工业控制领域中被广泛应用，例如在电力系统中，可以使用滑模变结构控制实现电力电压和频率的稳定控制；在化工过程控制中，可以使用滑模变结构控制实现温度、压力等参数的精确控制。

2. 机器人控制滑模变结构控制在机器人控制中也有重要应用。

例如在机器人路径规划中，可以使用滑模变结构控制实现机器人末端执行器的精确控制；在机器人力控制中，可以使用滑模变结构控制实现机器人力的精确控制。

3. 航空航天滑模变结构控制在航空航天领域中也有广泛的应用。

例如在飞行器姿态控制中，可以使用滑模变结构控制实现飞行器的稳定控制；在航天器姿态控制中，可以使用滑模变结构控制实现航天器的精确控制。

三、滑模变结构控制的优势和挑战滑模变结构控制具有以下优势：1. 鲁棒性强：滑模变结构控制能够有效应对系统的不确定性和扰动，具有很强的鲁棒性。

2. 响应速度快：滑模变结构控制能够实现系统的快速响应，具有很高的控制精度。

滑模演示文稿

滑模演示文稿

2、钢筋工程
2.1由于筒体钢筋形状比较复杂，钢筋制作下料要严格按设计及施工规范的要求，并结合滑模 施工特定的穿绑条件，竖筋长度宜为4—6m。，水平筋下料长度宜为6—9m，绑扎接头。 2.2 钢筋绑扎时，应按图纸要求施工，竖向钢筋接头按25%错开，横向钢筋搭接长度50d接头 25%错开并内外环筋按图纸位置错开接头，保证钢筋位置准确，每一层砼浇灌完毕后，在砼表面以 上至少应有一道绑扎好的水平钢筋。 2.3 门洞口上下两侧横向钢筋端头应绑扎平直，整齐，有足够钢筋保护层，下口横筋与竖向 钢筋焊接。 2.4 钢筋保护层控制采用φ25，长350mm钢筋固定在模板内侧。
– –
– –
• 2、滑升施工
– – 4.1 滑升过程是滑模施工的主导工序，其他各工序作业均应安排在限定时间内完成，不宜以停滑 或减少滑升速度来迁就其他作业。 4.2 初滑时，将砼分层交圈浇至模板三分之二高度左右，即600—900mm。当第一层砼达到 0.2Mpa—0.4 Mpa时应进行1—2个千斤顶行程的提升，经对滑模装置和砼凝结状态进行全面检查， 确定正常后，方可转为正常滑升。 4.3正常滑升是指试升初升后，以及砼浇筑至模板上口齐平后，即每次滑升高度200mm与砼分层 浇筑高度同步。即钢筋绑扎一层砼浇筑一层，模板滑升一层。正常滑升过程中，相邻两次提升时 间间隔不得超过0.5h。以防止砼拉裂。 4.4 本工程滑升高度每层砼为200mm，每提升一层，高度等用限位器调平一次。 4.5 滑升过程中，不得出现油污，凡被油污染的钢筋和砼，应及时处理干净。 4.6 因施工需要或其它原因不能连续滑升时，要采取以下停滑措施。
步架，架体每6m高度与筒壁预埋铁件拉一道附墙
。
质量要求
1、配备足够数量的检测，计量器具。严格执行施工测量放线的条例和会同监理工程师检 验，会签制度。 2、对进场材料、制品、配件必须计量和检测，并会同监理取样复验。 3、针对筒体结构滑模施工的预埋件，预留洞（含施工留槽、留窝）等特点，加强予埋， 予留工作的管理，指定专人负责，事先绘制好予埋，予留部位图，防止事后打孔，开洞。 4、模板，脚手架必须牢固可靠，模板拼缝，堵口严密，钢筋绑扎牢固到位，砼严格按照 配比计量投料和执行砼浇灌制度，施工缝按规定留设和处置，认真浇捣，并派专人看管钢筋和 模架，砼浇筑时，质量员或指定兼职质量员要执行旁站，监看的跟班制度，设专人养护和做好 试块的留设，养护和送压。 5、滑模装置组装，滑升和拆除前都要进行详细的交底，滑模装置组装前认真做好轴线， 标高的引测和控制，组装时认真按组装顺序进行，并在自检后，由项目经理，工程师质量员会 同监理进行验收合格后，方可开滑。 6、筒壁滑升时，砼应严格掌握分层交圈，浇高一致，分层浇捣，严防盲目随意浇筑造成 高低差异而影响模板的滑升。认真执行限位调平，水平和垂直度控制和纠偏，纠扭等措施，每 班滑升记录应交技术员审阅。 7、筒壁滑升时，每个工作班必须配备跟班工长，质量员和带班组长，平台上由滑模施工 员，全面负责滑升工作，并负责滑升过程中的质量和一般问题处理，认真作好施工记录。 8、对二次浇筑的砼部件，要认真做好窝，槽施工缝的清理，以及理顺钢筋，绑焊到位。 9、对出现砼麻面，蜂窝、露筋、胀模，接缝不密实和烂根等通病时，应及时总结，制定 相应的防治措施，事后按规定并在监理人员看监下进行处置。 10、项目工程师全面管理质量工作，制定质量成优措施和成品保护措施，贯彻交底质量通 病防治措施细部作法的施工工艺。 11、加强技术档案管理，及时审核，收集，整理归档，做到与工程同步，正确齐全。

连续时间系统滑模变结构控制演示文稿

连续时间系统滑模变结构控制演示文稿

即
s
s x
x t
0或
s x
f (x, u, t) 0
(3.2.2)
式(3.2.2)中 u 称为系统在滑动模态区内的等效控
制，一般用ueq 表示。
3.2.1 等效控制
例如，对于线性系统
x Ax bu x n,u (3.2.3)
取切换函数为
s(x) cx
(3.2.4)
设系统进入滑动模态后的等效控制为ueq ，则由
连续时间系统滑模变结构控制 演示文稿
（优选）连续时间系统滑模变 结构控制
3.1 滑动模态到达条件
为了保证在有限时刻到达，避免渐近趋近的情况出
现。可对式(3.1.1)进行修正，取为
ss
(3.1.3)
其中 为任意小正数。
通常将式(3.1.1)表达成李雅普诺夫函数型到达条件
V
1 2
s2
பைடு நூலகம்
V 0
(3.1.4)
slaw s sgn s ks
其中 和 k 皆为正实数。
将式(3.6.1)代入(3.6.3)中，即有
Cx C(Ax Bu) slaw
从而可以得到控制作用如下：
u (CB)1(CAx slaw)
(3.6.4)
(3.6.5) (3.6.7)
几种常见的趋近律:
3.6.1 基于趋近律的调节系统
满足上述到达条件的滑模变结构控制系统，其
状态的运动轨迹都将在有限时间内到达切换面，并
启动滑动模态运动。
3.2 等效控制及滑动模态运动方程
3.2.1 等效控制
设系统的状态方程为
x f (x,u,t) x n,u
(3.2.1)
其中 u 为控制输入，t 为时间。

滑模变结构控制

滑模变结构控制
选择切换函数使滑动模态运动段的品质改善。两段运 动各自具有自己的高品质。
的状态空间中，有一个切换面s(x) ? s(x1, x2 ,L , xn ) ? 0
它将状态空间分成上下两部分 s ? 0 及 s ? 0 。
我们称 s(x) ? 0 为不连续面、滑模面、切换面。
s(x)>0
A
B
C
s(x)<0
s(x)=0
在切换面上的运动点有3种情况。
(1)通常点——状态点处在切换面上附近时，从切换面上的这个点
滑模变结构控制
变结构系统
? 问题：什么是变结构系统？ ? 变结构控制(variable. structure control, VSC)本质上
是一类特殊的非线性控制，其非线性表现为控制的 不连续性。这种控制策略与其他控制的不同之处在 于系统的“结构”并不固定，可以在动态过程中， 根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的 地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状 态轨迹运动，所以又常称变结构控制为滑动模态控 制(sliding mode control, SMC)，即滑模变结构控制。
C所示。
s(x)>0
A
B
C
s(x)&点无多大意义，但终
止点却有特殊的含义。若切换面上某一区域内所有点都
是止点，则一旦状态点趋近该区域，就会被“吸引”到
该区域内运动。此时，称在切换面上所有的点都是止点
的区域为“滑动模态”区域。系统在滑动模态区域中的
运动就叫做“滑动模态运动”。按照滑动模态区域上的
点都必须是止点这一要求，当状态点到达切换面附近时，
必有：
?? ? ??
lim
s? 0?
lim
s? 0?

第四章 滑模变结构控制

第四章 滑模变结构控制

4.1 变结构系统的基本概念
1.变结构系统的定义 广义地说，在控制过程(或瞬态过程)中，系统结构(或叫 模型)可发生变化的系统，叫变结构系统。 1
实例1: 一般意义下的变结构系统
2
在上例中，a是根据x1、x2的符号来切换的，它并不维持不 变，但只在间断的时刻切换。这个系统，满足广义变结构系 统的定义，但是，像这样一些广义的变结构系统还很多。 2.滑动模态变结构的概念和定义 本章研究对象是一类特殊的变结构系统，其特殊之处在于， 系统的控制有切换，而且在切换面上系统会沿着固定的轨迹产 生滑动运动。这类特殊的变结构系统，叫滑动模态变结构控制 系统，简称为滑模变结构控制系统。以后提到变结构系统，或 变结构控制，除非有特殊说明，都是指的这一类有滑动模态的 变结构系统。 A.滑动模态的概念
C. 变结构控制系统设计的问题
切换函数的选择
11
D. 变结构控制系统设计的目标 设计的目标有3个，即变结构控制的三个要素:
(1) 所有轨迹于有限的时间内达到切换面; (2) 切换面存在滑动模态区 (3) 滑动运动是渐近稳定的，并具有良好的动态品质。
12
进入切换线的运动情况
13
滑模运动的存在问题?
14
滑模运动在什么条件下是稳定的
15
4.2 滑动模态的存在条件及其数学描述
1. 滑动模态存在的条件 在切换面上的运动点有3种情况。
(1)常点——状态点处在切换面上附近时，从切换面上的这个点 穿越切换面而过，切换面上这样的点就称做作常点，如图中点A所 示。 (2)起点——状态点处在切换面上某点附近时，将从切换面的两 边中的一边离开切换面上的这个点，切换面上这样的点就称做作起 点，如图中点B所示。 (3)止点——状态点处在切换面上某点附近时，将从切换面的两 边中的一边趋向该点，切换面上这样的点就称做作止点，如图中点 C所示。

滑模变结构控制在过程控制中的应用word精品文档38页

滑模变结构控制在过程控制中的应用word精品文档38页

滑模变结构控制在过程控制中的应用专业班级：自动化学生姓名：指导教师：职称：讲师摘要滑模控制是一种比较有效的鲁棒控制方法，并且系统的动态性可以通过滑模设计来预先设定，无论对线性系统还是非线性系统，滑模控制都显示出良好的控制特性。

滑模变结构控制出现在50年代，由于变结构系统的滑动模态运动对于系统的参数摄动、外界的扰动、系统不确定模态和模型不确定性具有不变性，也就是完全鲁棒性，滑模控制才吸引了人们的极大关注。

它的不足主要是当系统运动状态到达滑动平面后，会在滑动平面附近产生高频抖振，同时系统的控制量也产生高频振荡。

目前，变结构控制已形成系统、成熟的理论，但一直未被广泛应用，其原因就是在数字实现时存在抖振。

工业生产过程中普遍存在一类具有多变量、非线性特性的复杂对象，对此类对象寻求合适的控制策略和高效的实现方法是工控邻域的热门课题之一。

目前多变量非线性控制理论正快速发展，如变结构控制理论、模糊控制理论等。

本文主要介绍了模糊滑模控制在过程控制中的应用，在变结构控制理论的基础上，以NEWAUTO公司的EFPT-1型过程控制装置为被控对象，采用滑模控制理论与变结构滑模控制相结合的控制策略以有效的抑制消弱抖振，显示良好的鲁棒性，并通过MATLAB仿真验证了所设计控制方案的正确性和有效性。

关键字：变结构控制；模糊控制；滑模控制；抖振；鲁棒性The Application of Slide Mode Variable StructureTheory in the Process ControlAbstract Sliding mode control is an effective and robust control methods，the dynamic system can be designed to predetermined by sliding，no matter for linear or non-linear systems，sliding mode control system shows good control properties.The sliding mode variable structure control that is brought in 50's is attention-getting because of its ideal robustness. The sliding mode movement of variable structure system holds the invariance for the change of system parameters，outside disturbance，uncertain mode and model uncertainty of the system.Its flaw is that after the systemstate getting to the sliding plane，it will produce high frequency chattering around the sliding plane and the control variable of the system will also produce high frequency chattering.Currently，the variable structure control system，has formed the theory，but has not been widely applied，its reason is existing in digital chattering.In the domain of industrial control，one hot focus is to find appropriate control strategy and effective method to deal with the multivariate nonlinear objects. The control theory of multivariate nonlinear system has developed quickly，and lots of algorithms come out，such as Variable Structure Control (VSC)，fuzzy Control，etc.This paper mainly introduces the fuzzy sliding mode control in process control applications.Based on the variable structure control system(VSC)，by using the process control experiment EFPT-1 of NEWAUTO company as an object，combining fuzzy control and slide mode control，the chattering of the system is eliminated efficiently. This method exhibits strong global robustness against parameter variations and external disturbance.And through MATLAB simulation results prove that the control scheme design of correctness and effectiveness.Keywords variable structure control；fuzzy control；sliding mode control；chattering；robustness目录第一章绪论 (2)1.1过程控制概述 (2)1.1.1过程控制的发展概况 (2)1.1.2 过程控制系统组成、特点及性能指标 (3)1.1.3过程控制策略与算法的进展 (5)1.2变结构控制理论概述 (6)1.2.1变结构控制理论的起源 (6)1.2.2 变结构控制理论的发展 (7)1.3 变结构控制器的抖振问题及目前国内外抑制抖振的主要方法 (9)1.3.1变结构控制器的抖振问题 (9)1.3.2目前国内外抑制抖振的方法 (9)1.4 本文的研究内容及章节安排 (10)第二章滑模变结构控制理论 (10)2.1 滑模变结构控制的理论 (10)2.1.1滑模变结构理论概述 (10)2.1.2滑模变结构控制的概念、原理与性质 (11)2.2模糊控制理论 (13)2.2.1模糊控制的原理 (13)2.2.2 模糊控制器的设计步骤 (14)2.3模糊控制的应用 (18)2.4模糊控制的特点及其问题分析 (19)2.5模糊控制的发展趋势 (19)第三章被控对象和参考模型的建立 (21)3.1 被控对象数学模型建立 (21)3.2参考模型的建立 (23)第四章模糊控制在过程控制中的应用 (24)4.1滑模模块的模糊控制结构 (24)4.2变结构模型跟踪控制器的设计 (24)K的模糊化 (26)4.3 fuzzy第五章模糊滑模控制系统的仿真 (28)5.1 计算机仿真软件概述 (28)5.2系统基本仿真模型 (28)5.3系统的仿真及结果分析 (29)第六章结论 (32)致谢 (32)参考文献 (33)第一章绪论1.1过程控制概述1.1.1过程控制的发展概况过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动化。

滑模变结构控制课件.ppt

滑模变结构控制课件.ppt
点，如图中点B所示。
(3)终止点——状态点处在切换面上某点附近时，将从切换面的两 边中的一边趋向该点，切换面上这样的点就称做作止点，如图中点
C所示。
s(x)>0
A
B
C
精品课件
s(x)<0
s(x)=0
在滑模变结构中，通常点和起止点无多大意义，但终
止点却有特殊的含义。若切换面上某一区域内所有点都
是止点，则一旦状态点趋近该区域，就会被“吸引”到
终端滑模控制 ②非线性： 积分滑模控制
分段线性滑模控制 ③时变
精品课件
(2) 求取控制律 u u (x)，从而使到达条件满足时， 在切换面上形成滑动模态区。
方法一：采用到达条件 ss 0，求得控制律的一个 不等式，需要在满足此不等式的条件下选择合适 的控制律。 方法二：采用趋近律方法，可直接求取等式型控 制律。
[(
Tˆ Kˆ
T K
)v
(
1 Kˆ
1 K
)[n1v
wind
]
(
nˆ3 Kˆ
n3 K
)r 2v]s
Ks
|
(
Tˆ Kˆ
T K
)v
|
|
(
1 Kˆ
1 K
)[n1v
wind
]|
|
(
nˆ3 Kˆ
n3 K
)r2v
|
精品课件
例2：利用特征值分解的滑模控制（P522）----控制NPS AUV2 采用方法：控制律设计方法二----基于趋近律的滑模设计 控制对象模型：
需要确定切换函数
s(x) s
求解控制作用
u ( x) , s( x) 0
u
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带有时变干扰的变结构近空间飞行器滑模控制

带有时变干扰的变结构近空间飞行器滑模控制

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滑模变结构dtc控制

滑模变结构dtc控制

滑模变结构dtc控制
滑模变结构dtc控制是一种先进的控制技术，它结合了滑模控制和变结构控制的优点。

该控制技术具有快速响应、鲁棒性强、适应性强等优点，在各种工业控制领域都得到了广泛的应用。

滑模变结构dtc控制的基本思想是通过引入滑模控制的思想，将系统的状态控制在一个滑模面上，并且在滑模面上进行变结构控制，从而实现快速响应和鲁棒性强的控制效果。

该控制技术在电机控制、机器人控制、飞行器控制等领域都有应用，其中在电机控制领域，滑模变结构dtc控制已经成为一种常用的控制方法。

- 1 -。

滑模变结构控制的应用

滑模变结构控制的应用

d J dt
（14）
42－20
2.3
可以写出如下系统
控制律的求取
T 输出变量 y ； 式中：状态变量 x TLS ；
Ax Bu x y Cx
（15）
输入变量 u Te ；
0 1 / J A 0 0
1 B J
0
2016年11月7日星期一 42－9
2.1 永磁同步电机数学模型
did u d Rid re Lqiq Ld dt diq uq Riq re Ldid re Lq dt
（1）
Ud 、 iq i d分别为d轴上的电压和电流分量； Uq 、 式中： 分别为q轴上的电压和电流分量；Ld、Lq分别为直、 交轴电感；R为电机的定子绕组电阻；ω re为电机 的电角速度；ψ 为永磁体与定子交链磁链。
2016年11月7日星期一
42－3
1.1 滑模变结构控制简介
滑模变结构控制的整个控制过程组成： 正常运动段：位于切换面之外, 如图 x0 A 段所示。 滑动模态运动段：位于切换面上的滑动模态 区之内，如图的 A O 段所示。
x0
O
A
s( x ) 0
2016年11月7日星期一
42－4
1.2 滑模变结构控制的品质
x1 x2 t x1dt t * dt - -
*
*
（4）
式中 和 分别为给定的电机期望转速和实际转 速。
在常规滑模面中加入状态量的积分量，可以 有效消除稳态误差。合理选取积分初始值，便可 以使系统开始就在滑模面上运动，使系统具有全 局鲁棒性。
2016年11月7日星期一
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u ueq usw
3.3 滑模变结构控制匹配条件及不变性
不变性：实现滑动模态运动不依赖于外部扰动和参数 摄动的性质，也可叫鲁棒性、自适应性。是滑模变结 构控制受到重视的最主要原因。
对于线性系统，不变性的成立需满足滑动模态的
匹配条件。对于扰动和摄动的作用的不同情况，分三 种情况予以讨论：
（1）当系统受到外干扰时
即
s
s x
x t
0或
s x
f (x, u, t) 0
(3.2.2)
式(3.2.2)中 u 称为系统在滑动模态区内的等效控
制，一般用ueq 表示。
3.2.1 等效控制
例如，对于线性系统
x Ax bu x n,u (3.2.3)
取切换函数为
s(x) cx
(3.2.4)
设系统进入滑动模态后的等效控制为ueq ，则由
式(3.2.3)有
s cx c( Ax bueq ) 0
若矩阵cb 满秩，则可解出等效控制
(3.2.5)
ueq cb1 cAx
(3.2.6)
3.2.2 滑动模态运动方程
将等效控制 ueq 代入系统的状态方程式(3.2.1)，
可得系统滑动模态运动方程
x f ( x,ueq ,t)
s(
下面给出几பைடு நூலகம்常用的控制结构形式
3.4 滑模变结构控制器设计基本方法
1) 常值切换控制（bang-bang控制）
作出图示说明。
x
0
x
s2 0.8x x 0 s1 1.7x x 0
图3.4.1
3.4 滑模变结构控制器设计基本方法
2) 高阶单输入系统（一般状态空间）
线性切换函数为
s( x) c1x1 c2 x2 cn1xn1 xn
(3.4.2)
参数 c c1,c2, ,cn1,1的确定是至关重要的，所
保证了系统为渐近稳定。
【注】规范空间：以状态和状态变化率为坐标构成的空间
3.4 滑模变结构控制器设计基本方法
而选择不同的c 值时，切换面上的状态运动轨迹趋 向原点的速度是不同的， c 越大，对于相同的x ，x 的变化率越大，从而趋近速度越快。
图3.4.1，切换函数的参数分别选取c 0.8和 c 1.7
条件式(3.3.2)称为干扰和系统的完全匹配条件。
（2）当系统存在不确定性时
x Ax Bu Ax
(3.3.4)
滑动模态与不确定性无关的充分必要条件为
rank B,ΔA rankB
假如式(3.3.5)满足，则系统可化为
(3.3.5)
3.3 滑模变结构控制匹配条件及不变性
x Ax B(u Ax)
(3.3.6)
其中有 BA A。通过设计控制律可实现对不确定 性的完全补偿。
条件式(3.3.5)称为不确定性和系统的完全匹配条件。
（3）当系统同时存在外干扰和不确定性时
x Ax Ax Bu Df
(3.3.7)
若同时满足匹配条件式（3.3.2）和（3.3.5），则
系统可化为
x Ax B(u Ax Df )
连续时间系统滑模变结构控制 演示文稿
（优选）连续时间系统滑模变 结构控制
3.1 滑动模态到达条件
为了保证在有限时刻到达，避免渐近趋近的情况出
现。可对式(3.1.1)进行修正，取为
ss
(3.1.3)
其中 为任意小正数。
通常将式(3.1.1)表达成李雅普诺夫函数型到达条件
V
1 2
s2
V 0
(3.1.4)
当n=2，
s(x) c1x1 x2,多项式：p+c1为Hurwitz， p+c1 =0的特征值实数部分为负。
n 3时，
s(x)
c1x1
c2
x2
x3
,多项式：p2
+c
p+c
2
1为Hurwitz，
p2 +c2p+c 1 =0的特征值实数部分为负。
设：p2 2 p 2 0,即：
p 2 0,取 0,满足 p2 2 p 2 0特征值实数部分为负
3.4 滑模变结构控制器设计基本方法
通过Ackermann公式来求解其参数，具体方法如下：
c eTP( A)
(3.4.4)
其中 eT 0 0 1 b Ab An1b 1
P( A) ( A 1I )( A 2I ) ( A n1I ) 1, 2 ,, n1 为期望选取的特征值。
2. 设计控制律，使到达条件得到满足，从而在切 换面上形成滑动模态区。
满足上述到达条件的滑模变结构控制系统，其
状态的运动轨迹都将在有限时间内到达切换面，并
启动滑动模态运动。
3.2 等效控制及滑动模态运动方程
3.2.1 等效控制
设系统的状态方程为
x f (x,u,t) x n,u
(3.2.1)
其中 u 为控制输入，t 为时间。
如果达到理想的滑动模态，则 s(x) 0
(3.3.8)
通过设计控制律实现同时对不确定性和外干扰的完 全补偿。
c
3.4 滑模变结构控制器设计基本方法
1. 设计切换函数，使得所确定的滑动模态运动渐近 稳定且具有良好的动态品质。
1) 二阶单输入系统（规范空间）
线性切换函数为
s cx x
(3.4.1)
由于选择 x 和 x 为状态，所以，只有 c 0 时， 在切换面上的状态运动轨迹才会渐近趋向原点，即
x)
0
x n ,u
(3.2.7)
将式(3.2.6)代入式(3.2.3) 可得线性系统的滑动模态
运动方程如下：
x I bcb1 c Ax
s(x) cx 0
其中 I 为单位矩阵。
(3.2.8)
补充：滑模变结构控制Matlab P50 &2.6
在滑模控制中，等效控制ueq 保证系统的状态在滑模面上， 切换控制 usw 保证系统的状态不离开滑模面。
设计的参数必须使系统在切换面上的滑动模态运 动是渐近稳定的。
一般地，考虑如下系统：
x Ax bu s cx
x n
u
(3.4.3)
在滑模控制中，参数 c c1,c2, , cn1,1
应满足多项式：
pn1 cn1 pn2 ... c2 p c1为Hurwitz, 其中p为拉普拉斯算子
x Ax Bu Df
(3.3.1)
其中 f 表示系统所受的外干扰。 滑动模态运动不受干扰影响的充要条件为
rank B,D rankB
(3.3.2)
3.3 滑模变结构控制匹配条件及不变性
假如式(3.3.2)满足，则系统可化为
x Ax B(u Df )
(3.3.3)
其中有 BD D，通过设计控制律 u 可实现对干扰的 完全补偿。