滑模预测控制

硕士学位论文

论文题目滑模预测控制算法及应用研究学科专业控制理论与控制工程作者姓名

杨洋指导教师李书臣

2008

年11月

学校代码：10148

学号：01200602060520

密级：□无□加密

学院信息与控制工程

入学时间2006年9月

论文起止时间2007年11月—2008年11月

答辩时间2008年12月

研究成果声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得辽宁石油化工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

特此申明。

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学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解辽宁石油化工大学有关保留、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后适用本授权书）。

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导师签名：日期：

滑模预测控制算法及应用研究

摘要

滑模变结构控制是一种非线性控制方法，对系统的参数变化和扰动具有完全的自适应性。尤其对于模型不确定的系统，具有较好的稳定性和鲁棒性。然而，滑模控制在切换面上存在着“抖振”。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。

主动型磁悬浮轴承是一个典型的机电一体化系统，其本质是强烈的非线性。磁轴承系统往往被应用于嘈杂的工业环境中，外界对系统的干扰很多，不确定性很大。因此，合理的设计控制器对磁悬浮轴承来说变的十分重要。

本文针对离散变结构控制理论研究的现状,将预测控制的思想引入到离散变结构中，并以主动型磁悬浮轴承系统为控制对象，着重研究了以下内容:

首先，针对传统离散变结构趋近律控制方法具有抖振严重的缺陷,提出了一种新的离散趋近律，证明了该趋近律的收敛性。通过仿真表明了该趋近律对于确定性系统具有强抖振消弱能力和鲁棒性。对于不确定性离散系统，引入了干扰观测器与本文提出的趋近律相结合设计变结构控制器,证明了该控制器是稳定的，仿真验证了该控制器具有良好的控制性能，能有效地抑制不确定因素带来的抖振。

其次,为了提高控制器的快速跟踪性能和抗扰性能，消除不确定因素的影响，本文将预测控制的思想引入到滑模变结构中，给出了滑模预测控制器的设计方法，并对其参考轨迹进行了改进，通过仿真验证了该方案可以有效减弱抖动对系统的不利影响，同时对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性。

I

最后，分析了磁轴承系统的结构和工作原理，在平衡点附近建立了单自由度转子的传递函数模型。运用本文给出的控制算法对系统模型进行仿真实验，仿真结果表明该方法具有快速精确的跟踪性能,实现了对磁悬浮轴承的稳定控制。

关键词:离散变结构,滑模预测控制,抖振抑制,趋近律设计,主动型磁悬浮轴承

II

S TUDY AND APPLICATION OF SLIDING MODE PREDICTION CONTROL ALGORITHMS

ABSTRACT

Sliding mode variable structure is a nonlinear control method, which can well adapt to disturbance and parameter variations.It is stable and robust,especially for uncertain control system.However,the chattering exists in sliding mode control.In recent years,in order to overcome the shortcoming of the sliding mode control and make it be applied to more actual productions,more and more scholars began to combine sliding mode variable structure control theory with other control theory.

Active magnetic bearing is a typical integration system of electrical and mechanical with the essence of strong non-linear characteristic.Magnetic bearing systems are often used in noisy industrial environments with a lot of uncertainty and disturbance,so reasonably design of the controller is very important for magnetic bearing systems.

In this papers,based on the actuality of sliding mode variable structure theory,prediction control is introduced to combine with sliding mode control.The active magnetic bearing system is chosen as a controlled target,and some questions are studied as follows: Firstly,a new discrete reaching law is presented in order to deal with the chattering which exits in conventional variable structure reaching law method.The convergence of new reaching law is well proved.Good performance and robustness of this reaching law for nominal systems is proved through simulations.To uncertainty discrete system,this reaching law is joined with disturbance observer to design

III