模糊滑模控制的一种新方法
张丽娟,刘玉燕,赵文杰,刘延泉
(华北电力大学自动化系,河北保定071003)
摘要:模糊滑模控制是非线性控制的一个重要方法。它消除了滑模控制的抖动,但同时带来新的问题———静差。而且控制器在控制切换时动态性能与滑平面的选择有很大关系。由于以上问题的存在,基于模糊逻辑系统,用模糊控制器来逼近滑模控制律,同时为了保证逼近精度和模糊控制系统的稳定性,在设计中加入模糊监督控制器。再基于遗传算法对滑平面的特征常数λ寻优,目标函数是系统的误差和表征系统稳定性的一个新变量。这种方法减小了系统的稳态误差,加快了系统的响应速度。仿真结果表明了该方法的有效性。
关键词:模糊控制;滑模控制;遗传算法;模糊滑模控制
中图分类号: TP273 文献标识码: A
引 言
变结构控制对系统的参数摄动及外部干扰具有很强的鲁棒性,但抖动现象是变结构控制最主要的缺点[1]。针对这一问题,很多学者提出了各种改进方法,边界层法是一种常用的抖动消除方法,该方法采用饱和函数替代控制律中的开关函数,使得控制作用在边界层内部变为连续控制,从而消除在切换面的抖动现象[1],还有基于模糊的滑模控制,将模糊控制与传统的滑模控制相结合[2],然而以上方法是在损耗了稳态误差的情况下,消除了系统的抖动。针对以上情况,本文提出一种既能减小稳态误差,也能消除抖动的基于遗传算法的模糊滑模控制的方法。并对小车倒立摆系统进行仿真,结果证实了该方法的有效性。
1 系统的描述
考虑如下非线性系统:
选择算子和变异算子算法:
(1)最优个体的保存策略。对返回值先进行排序,最优个体不进行交叉、变异,直接放到下一代,这样可以加强局部搜索能力;
(2)按目标函数值排序确定使用度,避免使用度过于接近;
(3)根据适应度大小选择变异概率。为了保持整体的多样性,较好的个体的变异概率小些,差的个体的变异概率大些,这样可以有效防止早熟。
对于本文对象而言,寻优参数个数为1个。运用本算法,可以在较小的种群规模(40个体)和较少的进化代数(20代)下得出理想的参数值λ=300.192 8。
3 仿真结果
本文将提出的算法应用在小车倒立摆系统,系统的表达式为:
误差仿真结果如图2所示。状态量与系统给定值的曲线重合得一般。
用本文阐述的方法,即用遗传算法来整定参数λ,得到仿真结果如图3,图4所示。状态量与系统给定值的曲线基本重合。
4 结 论
由仿真结果可以看出,论文中的方法消除了滑模控制的抖动,也将静差降到了最小,同时保证了系统动态性能和稳定性,加速了系统的响应时间,提高了系统的稳态精度。标准的非线性小车倒立摆系统很好地验证了该算法的有效性。因为经过小车倒立摆系统的检验,证明这种方法对于其它的非线性系统同样有效,按控制器的设计,应用效果比较满意。
参考文献:
[1]朴营国,张俊星,张化光.基于模糊逻辑的一类非线性系统直接自适应控制[J].控制理论与应用,2001,(18):45-50.
[2]姚琼荟,黄继起.变结构控制系统[M].重庆:重庆大学出版社, 1995.
[3]王立新.模糊系统与模糊控制[M].北京:清华大学出版社, 2003.
[4]戴庆新,宋雨,李福亮.模糊专家系统在电热锅炉控制中的应用[J].电力科学与工程, 2003, (2): 55-57.
[5]斯洛廷J-J. E,李卫平.应用非线性控制[M].北京:国防工业出版社, 1992.
[6]杨振勇,孙建平,于希宁.一种基于遗传算法的自调整模糊PID控制器[J].电力科学与工程, 2003, (2): 59-61.
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