反演及动态面滑模控制

毕业设计(论文)-自适应反演滑模控制[管理资料]

摘要滑模变结构控制出现在20世纪中后期，由于变结构系统的滑动模态运动对系统的参数摄动、外界的扰动、不确定模态和模型不确定性具有自适应性，也就是完全鲁棒性，使得滑模控制引起了人们的极大关注。

反演（backstepping）是将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的子系统，然后为每个子系统分别设计李雅普诺夫函数和中间虚拟控制量，一直后退到整个系统，直到完成整个控制律的设计。

本课题与李雅普诺夫型自适应律结合，综合考虑控制律和自适应律，使整个闭环系统满足期望的动静态性能指标。

在本论文中，将滑模变结构控制和基于backstepping设计方法的自适应控制有机结合，实现了以下技术指标：研究了Backstepping的基本思想和设计方法，并通过仿真实例进行验证。

设计出Backstepping滑模控制器。

设计出自适应Backstepping滑模控制器,使整个闭环系统满足期望的动静态性能指标。

通过MATLAB平台，对实例进行了仿真。

仿真结果表明：研究自适应反演滑模控制策略，为一大类不确定非线性系统提供了一种更有效的控制策略。

关键词：滑模变结构，反演控制器，自适应，李雅普诺夫函数Adaptive Backstepping Sliding Mode ControlABSTRACTThe sliding mode variable structure control was brought in the mid-and late 20th century. It is attention-getting because the sliding mode movement of variable structure system holds the adaptability, an ideal robustness, for the change of system parameters, outside disturbance, uncertain mode and model uncertainty of the system.Backstepping algorithm is designed to decompose a complicated nonlinear system to several subsystems with lower orders, and then a Lyapunov function and an interim virtual control variable are respectively designed for each subsystem. The steps of recursive algorithm will continue until the whole control law is worked out. In order to make the whole closed-loop system meet the anticipant stable and dynamic performance indexes, the subject is combined to Lyapunov’s adaptive law, and the control law and adaptive law are also taken into consideration.In this paper, the sliding mode variable structure control is properly combined to adaptive control based on backstepping design and the technical goals are realized as following.The basic ideal and designing method of backstepping are studied and proved through the simulation of practical examples.Backstepping sliding mode controller is developed.Adaptive backstepping sliding mode controller is designed to make the whole closed-loop system meet the anticipant stable and dynamic performance indexes.The simulation of practical examples is carried out on the platform of MATLAB. The simulation results show that the adaptive backstepping slidingmode provides a more efficient control strategy for a large class of uncertain nonlinear systems.Key words:sliding mode variable structure，backstepping controller，adaptive，Lyapunov function自适应反演滑模控制0 引言进入20世纪80年代以来，随着计算机、大功率电子切换器件、机器人及电机等技术的迅速发展，变结构控制理论和应用研究开始进入了一个新阶段。

一类MIMO系统的反演滑模控制方法研究与仿真

一类MIMO 系统的反演滑模控制方法研究与仿真摘要：针对一类具有参数不确定性及外部干扰的MIMO （多输入多输出）系统，提出了一种反演滑模控制方法进行位置跟踪控制。

该控制律基于Lyaponov 定理设计，保证了系统的全局渐进稳定性，最后将此方法应用于一个2输入2输出的控制系统的设计中,仿真实例验证了该控制算法的有效性。

关键词：MIMO 系统，反演滑模控制，Lyaponov 定理Study and Simulation of Backstepping Sliding ModeControl for MIMO systemAbstract: In order to deal with the parameter uncertainties and external disturbances of MIMO system, a backstepping sliding mode control strategy is proposed. And based on Lyapunov methods, the control law can guarantee that the system is asymptotically stable. Finally, the proposed method is used for a two-in and two-out system. And numerical simulations are investigated to verify the effectiveness of the proposed scheme.Key words: MIMO system, backstepping sliding mode control, Lyaponov methods1. 引言反演法又称反推法、反步法，其基本思想是将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的子系统,然后为每一个子系统设计李雅普洛夫函数和中间虚拟控制量,一直回推到整个系统,直到完成整个控制律的设计，最终实现位置跟踪。

永磁同步电机调速系统反演终端滑模控制

永磁同步电机调速系统反演终端滑模控制宋绍楼;吴亚洲;杨雯旭【摘要】针对永磁同步电机的转速跟踪控制问题,提出一种基于反演终端滑模控制策略,提高了调速系统的响应速度和对外界扰动及参数摄动的抑制能力.在反演设计速度控制中加入积分项,并且利用负载转矩观测器实时估计负载转矩,把转矩估计值作为前馈电流补偿,以抑制负载突变带来的影响,提高系统抗负载扰动的能力;在反演设计的最后一步结合高阶非奇异终端滑模控制律,消除了控制量的抖振,使得电流环定子电流在有限时间内收敛,减少反演设计对电机参数的敏感性,提高了鲁棒性.理论分析和仿真结果表明所提出控制策略具有有效性和可行性.%For permanent magnet synchronous motor speed tracking control problems,backstepping technique with terminal sliding mode control is proposed.The method enhances the quick response and anti-disturbance ability of the control system.An integral factor is applied to the backstepping control to improve the performance of steady-state and achieve zero steady-state error.A load torque observer is used to estimate load torque in real time to be the feed forward current compensation.The influence on the performance of control system caused by load torque disturbance can be inhibited.In the last step of backstepping,the nonsingular terminal sliding control is designed to eliminate the chattering and make the current reach the given values in a finite period of time and make the system rubost to uncertainties.Theoretical analysis and Matlab simulation results show that the proposed control strategy is effective and feasible.【期刊名称】《自动化与仪表》【年(卷),期】2018(033)005【总页数】5页(P25-29)【关键词】永磁同步电机;反演;终端滑模;观测器【作者】宋绍楼;吴亚洲;杨雯旭【作者单位】辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,葫芦岛125105;辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,葫芦岛125105;国家电网阜新市彰武县供电分公司,阜新123000【正文语种】中文【中图分类】TM341永磁同步电机（PMSM）矢量调速系统具有结构简单、功率因数高、成本低、容易维护等优点，在航天器、机器人、数控机床、电动汽车等领域得到了广泛应用。

基于滑模反演控制方法的纵向制导控制一体化设计

张金鹏，周池军，雷虎民
（１．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京２．空军工程大学防空反导学院，西安７１００５１）１００１９１；
摘要：针对高速机动目标的末端拦截问题，研究了拦截弹的制导控制一体化设计算法。首先建立了纵向通道的制导控
Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｄｅｓｉｇｎｂａｓｅｄｏｎｓｌｉｄｉｎｇ・－ｍｏｄｅａｎｄｂａｃｋ－・ｓｔｅｐｐｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ
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滑模控制——精选推荐

滑模控制：在数学中应用的综述Alessandro Pisano, Elio Usai公式要用公式编辑器输入！摘要：本文介绍了一个关于滑模变结构控制系统的简短的综述。

从等号右边不连续的动态系统的滑模开始，考虑到滑模控制系统的经典方法，并且得出对于这种不确定系统的控制的一般结论。

然后，提出高阶滑模作为消除控制作用的间断性的工具，当用高阶滑模处理相对高阶的系统和提高滑模作用精度时，必须把时间的离散性考虑在内。

最后，提出了滑模控制理论在应用数学问题方面的三个应用：受限制的QDE（常微分方程）的数量解，实时微分，以及寻找非线性系统的零点的问题。

第一种是几乎直接应用滑模控制理论，然而后两种是通过计算正确定义的动力系统的解完成的。

可以用一些仿真来解释这种方法。

1、简介非线性动态系统由于其可能产生的结果而被认为是研究领域一个感兴趣的话题。

其实，真正的系统总是非线性的，把它们的近似线性可能会给他们的工作范围施加过于严格的要求或产生不可行的结果。

而且非线性系统甚至可以比线性系统的性能更好，因此往往在反馈控制系统中有意引入一些非线性行为。

在非线性系统中，切换控制系统非常有趣，因为它实现简单甚至可能是一些控制问题的最优解。

切换动态系统产生于有趣的数学问题，因为它们的特征是等号右边不连续的ODE （常微分方程），常微分方程的解通常定义和存在条件不再有效；因此必须适当地将经典微分方程理论进行扩展。

切换系统的特征是系统中存在动态变化，这些变化和状态空间中的不同状态集合有关系。

这些不同的集合彼此被边界线分隔开来，在一些混合动力系统的文献中被命名为卫兵，跨越边界的矢量场的方向有可能指向边界本身。

在这种情况下会形成滑模而且状态空间不同集合之间的边界定义了不同的矢量场，通常被称为滑动面。

在滑模稳定存在的情况下，滑动面是状态空间的一个不变集，在适当的条件下，状态轨迹独立于原来的系统动态特性，约束运动提出了一个半组属性。

这种不变性，对于滑模不确定性的匹配，引起了控制工程师的兴趣，工程师认为这是在反馈中有意引进切换的开关机会，不管系统的不确定性和外部扰动是否满足匹配条件，都能够使闭环控制系统有着满意的表现。

机械臂自适应反演超螺旋全局终端滑模控制

收稿日期：２０２２－１０－３１基金项目：中国科学院空间科学战略性先导科技专项（ＸＤＡ１５０２０３０５０５）；机器人学国家重点实验室自主课题（２０１９－Ｚ０６）；辽宁省“兴辽英才计划”资助项目（ＸＬＹＣ１８０７１６７）引用格式：李俊麟，王宏博，张伟，等．机械臂自适应反演超螺旋全局终端滑模控制［Ｊ］．测控技术，２０２３，４２（１０）：７４－８１．ＬＩＪＬ，ＷＡＮＧＨＢ，ＺＨＡＮＧＷ，ｅｔａｌ．ＡｄａｐｔｉｖｅＢａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｉｎｇＧｌｏｂａｌＴｅｒｍｉｎａｌＳｌｉｄｉｎｇＭｏｄｅＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２３，４２（１０）：７４－８１．机械臂自适应反演超螺旋全局终端滑模控制李俊麟１，２，王宏博１，２，３，张　伟１，２，高　升１，２（１．中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，辽宁沈阳　１１００１６；２．中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁沈阳　１１０１６９；３．沈阳化工大学信息工程学院，辽宁沈阳　１１０１４２）摘要：针对机械臂系统存在的系统参数摄动、非线性摩擦及外部干扰等不确定问题，提出一种自适应反演超螺旋全局终端滑模轨迹跟踪控制方法。

该方法基于反演法、Ｌｙａｐｕｎｏｖ理论和全局快速终端滑模理论设计控制器，保证系统稳定性及全局收敛性，增强系统的鲁棒性。

为解决系统集总扰动上界未知的问题，采用自适应技术设计切换控制律，抵消不确定性的影响，同时引入超螺旋算法抑制滑模控制固有的抖振现象。

最后，通过理论分析和仿真算例验证了该控制器的有效性与可行性。

关键词：机械臂系统；轨迹跟踪；反演全局终端滑模控制；自适应技术；超螺旋算法中图分类号：ＴＰ２４文献标志码：Ａ文章编号：１０００－８８２９（２０２３）１０－００７４－０８ｄｏｉ：１０．１９７０８／ｊ．ｃｋｊｓ．２０２３．０１．２０９ＡｄａｐｔｉｖｅＢａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｉｎｇＧｌｏｂａｌＴｅｒｍｉｎａｌＳｌｉｄｉｎｇＭｏｄｅＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓＬＩＪｕｎｌｉｎ１牞２牞ＷＡＮＧＨｏｎｇｂｏ１牞２牞３牞ＺＨＡＮＧＷｅｉ１牞２牞ＧＡＯＳｈｅｎｇ１牞２牗１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓ牞ＳｈｅｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ牞ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ牞Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１６牞Ｃｈｉｎａ牷２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｓｆｏｒＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ牞ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ牞Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１６９牞Ｃｈｉｎａ牷３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ牞ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牞Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１４２牞Ｃｈｉｎａ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ牞ｎｏｎｌｉｎｅａｒｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｙｓｔｅｍ牞ａｎａｄａｐｔｉｖｅｉｎｖｅｒｓｉｏｎｓｕｐｅｒｔｗｉｓｔｉｎｇｇｌｏｂａｌｔｅｒｍｉｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｖｅｒｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ牞Ｌｙａｐｕｎｏｖｔｈｅｏｒｙａｎｄｇｌｏｂａｌｆａｓｔｔｅｒｍｉｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｔｈｅｏｒｙｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｇｌｏｂａｌｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ牞ａｎｄｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｕｐｐｅｒｂｏｕｎｄｏｆｔｈｅｌｕｍｐｅｄｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｕｎｋｎｏｗｎ牞ｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｓｗｉｔｃｈｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌａｗｔｏｏｆｆｓｅｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ牞ａｎｄａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ牞ｔｈｅｓｕｐｅｒｔｗｉｓｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｉｎｈｅｒｅｎｔｃｈａｔｔｅｒｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌ．Ｆｉｎａｌｌｙ牞ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘａｍｐｌｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｙｓｔｅｍ牷ｔｒａｃｋｔｒａｃｋｉｎｇ牷ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇｇｌｏｂａｌｔｅｒｍｉｎａｌｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌ牷ａｄａｐｔｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牷ｓｕｐｅｒｔｗｉｓｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ工业自动化技术的提高及现代科技的发展，使机器人技术得到了广泛应用。

基于摩擦模型的反演滑模控制在大型望远镜上的应用

基于摩擦模型的反演滑模控制在大型望远镜上的应用郭鹏飞;邓永停;王帅【摘要】根据永磁同步电机驱动的大型望远镜转台对指向精度与低速跟踪精度的要求,设计了基于摩擦模型的反演滑模控制器.建立了基于摩擦模型与外部扰动的系统模型;然后,按照反演设计方法,设计了离控制输入最远的子系统,在设计过程中加入滑模控制,从而减小非线性摩擦因素与外部风载等对指向精度与跟踪精度的影响.通过理论仿真和实验研究验证了该方法的有效性.结果显示:所设计的反演滑模控制器具有较好的动态响应,对扰动等不确定性因素具有较强的鲁棒性,当位置阶跃指令为4.6″时,稳态误差为0.04851″,比传统的PI控制算法减小21.4％;当输入斜率为5(″)/s的位置斜坡指令时,稳态跟踪误差为0.03126″,比传统的PI控制算法减小30.1％.结果表明提出的方法能够提高望远镜控制系统的指向精度和低速跟踪精度.%According to the requirement of a large telescope driven by a permanent magnet synchronous motor( PMSM ) for pointing precision and following precision ,a sliding mode position controller was designed based on a friction model with backstepping approach .Firstly ,the system model was estab-lished based on LuGre friction model and external disturbance .Then ,a subsystem which is the fur-thest away from the control input was designed by inversion method .In the design process ,the slid-ing mode control law was induced into each step of backstepping approach to attenuate the influence of nonlinearity friction and external disturbance on the pointing precision and following precision of the large telescope .The effectiveness of the proposed method was verified by theoretical simulation and experimental test .The experimental resultsdemonstrate that the system has a good dynamic perform-ance and is insensitive to the uncertainty factors such as disturbance .The stable pointing error is 0 .04851″w hen the position command is 4 .6″,w hich decreases 21 .4％ than that of the traditional PI controller .The stable following error is 0 .03126″when the ramp position command 5 (″)/s ,wh ich decreases 30 .1％ than that of the traditional PI controller . The proposed controller improves the pointing precision and following precision of large telescopes successfully .【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2017(025)010【总页数】7页(P2620-2626)【关键词】摩擦模型;反演滑模控制;永磁同步电机;大型望远镜【作者】郭鹏飞;邓永停;王帅【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TH743;TP273随着光机电技术的不断发展，为了实现大型望远镜对深空目标的精密跟踪，要求望远镜伺服系统达到角秒级甚至更高的跟踪精度[1]。

基于反演自适应动态滑模的气垫船航向控制

２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨａｒｂｉｎＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｆｏｒｔｈｅａｗｆｕｌｍｏｔｉｏｎｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｓａｎｄｔｈｅｐｏｏｒｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎｏｆａｉｒｃｕｓｈｉｏｎｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｔｏｉｍ・
Ｔｈｒｅｅ — ｒｅｆｅｄｏｍｍｏｔｉｏｎｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｈｅａｄｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｗａｓ
摘要：针对全垫升气垫船运动非线性明显、可操纵性差，为改善操控水平，能够准确地按给定航向航行，设计了反演自适应动态滑模的航向控制算法。建立了三自由度全垫升气垫船平面运动数学模型，并给出了航向非线性控制模型。将反演方法与
第３Ｏ卷第５期
文章编号：１００６ — ９３４８（２０１３）０５ — ００３１ — ０５