非线性仿射控制系统的高阶滑模控制
胡跃明1 晁红敏1 李志权2 梁天培2
1(华南理工大学自动控制工程系 广州 510640)
2(香港理工大学工程学院 香港•九龙•红石勘)
(E-mail: auymhu@scut.edu.cn)
摘 要 研究非线性仿射系统的高阶滑模控制问题.通过适当的输入及非线性状态变换将系统分解为一个关于切换变量及其高阶导数的低阶线性子系统和一个关于滑模的低阶非线性子系统,进而给出了其高阶滑模控制器的设计方法.最后,对两轮驱动的非完整移动机器人进行了数值仿真,结果表明高阶滑模控制在抖振减弱方面确实具有一定的作用.
关键词 非线性系统,滑模控制,滑动阶,非完整机器人
中图分类号 TP13
1 引言
近十多年来,滑模(或变结构)控制由于其抗干扰性能及算法简单等特点而受到了国内外控制界的普遍重视[1~11].由于滑模控制为了使系统保持在滑动流形上运动而需在不同的控制逻辑间来回切换,容易引起系统不利的抖振,同时也易激励高频未建模动态,由此造成系统硬件部分的损坏或导致系统的不稳定,因而严重影响了它在实际控制问题中的应用.其次,传统滑模控制为求得系统的滑模运动方程而常采用的等效控制法实质上只考虑了执行机构的慢变或平均作用[1,9].正如文献[4,9]所指出的那样,执行机构及传感器快变动力学等的忽略往往会导致实际滑模控制系统的不稳定.为考虑滑模的高阶动态特性对系统性能的影响,部分国外学者近年来提出了高阶滑模控制方法[3,5,7,10,11].这种方法不仅仅是对传统滑模控制理论的进一步推广,而且还有着广泛的实际应用背景[3,10].
本文的目的是建立基于高阶滑模的仿射非线性系统标准形及基本的高阶滑模控制方法,为进一步的理论与应用研究奠定基础.
2 非线性仿射系统的高阶滑模控制考虑下列非线性仿射系统
4 结束语
目前对高阶滑模控制系统的研究还尚处在起步阶段.如何设计适当的高阶滑模控制规律使得系统能在有限的时间内到达所期望的高阶滑动流形,保证系统在非匹配不确定性存在的情况下具有良好的鲁棒性;以及如何设计适当的切换函数使得对非最小相位系统的滑模运动具有期望的动态特性等许多问题还有待进一步研究.
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