切换系统滑模控制设计本科论文.docx

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切换系统滑模控制设计本科论文

毕业设计

学生姓名：

ZangWenbo学号：

090803207

学院：

电气工程学院

专业：

测控技术与仪器

题目：

切换系统滑模控制设计

指导教师：

评阅教师：

2013年6月

河北科技大学毕业设计成绩评定表

姓名

学号

成绩

专业

测控技术与仪器

题目

切换系统滑模控制设计

指导教师评语及成绩

指导教师：

年月日

评阅教师评语及成绩

评阅教师：

年月日

答辩小组评语及成绩

答辩小组组长：

年月日

答辩委员会意见

学院答辩委员会主任：

年月日

注：

该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书中。

毕业设计中文摘要

切换系统是按某种切换规则在各子系统之间切换的混杂系统，是混杂系统理论与应用研究中非常活跃的一个分支。

切换系统滑模控制问题是现代非线性系统控制中的一个重要课题，在过去的几十年中得到了广泛的关注，而且已被成功用于大量实际系统。

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。

它可以在动态过程中，根据系统当前的实时状态来对其进行控制，从而达到预定的控制目的。

具有响应速度快，对参数摄动不敏感、鲁棒性能好等优点。

许多实际系统本身具有切换的特性，例如含有继电、饱和、滞环等环节的被控对象以及工业上常见的多液罐系统。

此类系统适宜用切换系统来进行建模分析，并设计相应的切换控制器来对其进行控制。

本论文通过对切换系统滑模控制的基本理论知识及

软件的学习，主要分为四章：

第一章介绍了切换系统滑模控制的基本的发展过程；第二章介绍了基本的切换系统滑模控制的相关理论；第三章介绍了如何对切换系统进行观测器的设计，并给出了用

软件进行的具体实例仿真；第四章介绍了如何对简单的切换系统进行滑模控制设计，同时也给出了用

软件进行的具体实例仿真,得到仿真曲线，验证控制器的控制性能，完成了对切换系统的控制器的设计。

关键词切换系统滑膜控制

毕业设计外文摘要

TitleThedesignofslidingmodecontrolaboutswitchedsystems

Abstract

Switchedsystemsformaclassofhybridsystemsconsistingofafamilyofsubsystemswitharulespecifyingtheswitchingamongthem.It’saveryactivebranchofresearchonthetheoryandapplicationofhybridsystems.Theissueofslidingmodecontrolaboutswitchedsystemsisaveryimportantissueamongmodernnonlinearsystemscontroltheory,whichhavereceivedincreasingattentionsinthepastfewyears.Ithasbeenusedinalargenumberofpracticalsystemssuccessfully.Itscontrolstrategyisdifferentfromothersystemsforithasasystemwithaunstablestructure.ItcancontrolthesystemaccordingtotheReal-timestatusofthesysteminthedynamicprocesssoastoachievetheexpectedresult.Ithastheadvantagesoffastresponse,beinginsensitivetoparameterperturbation,havinggoodrobustnessandsoon.Manypracticalsystemshavethecharacteristicofswitchingsuchasthecontrolleddevicewiththelinksofrelay,saturation,hysteresisandtheliquidfillingssystemswhichisfamiliarinthefactory.Thesystemsmentionedabovewhichismodelingbyusingtheswitchsystemandusingthecorrespondingcontrollercanworkverywell.

ThispapermainlydividedintofourchaptersbylearningthebasictheoryoftheslidingmodecontrolaboutswitchedsystemsandtheknowledgeoftheSimulinksoftware:

Thefirstchapterintroducesthebasicdevelopmentprocessofslidingmodecontrolaboutswitchedsystem;Thesecondchapterintroducesthebasictheoryofslidingmodecontrolaboutswitchedsystem;Thethirdchapterintroduceshowtodesigntheobserverofswitchedsystems,andgivesthesimulationofconcreteexamplesimulationbySimulinksoftware;Thefourthchapterintroduceshowtocarryontheslidingmodecontroldesignofsimpleswitchedsystems,andalsogivesthesimulationofconcreteexamplesimulationbySimulinksoftware,simulationcurvesisobtained,theperformanceofthecontrollerisverified,thecontrollerdesignofswitchedsystemsisaccomplished.

KeyWordsSwitchedsystemsSlidingmodecontrol

1绪论………………………………………………………………………………………1

1.1切换系统滑模控制的研究意义………………………………………………………1

1.2切换系统滑模控制的研究内容与现状………………………………………………4

1.3滑模控制简述…………………………………………………………………………6

1.4本论文的主要研究内容………………………………………………………………7

2基本理论知识概述………………………………………………………………………8

2.1控制系统相关概念……………………………………………………………………8

2.2切换系统的建模………………………………………………………………………9

2.3滑模控制的线性系统的一般形式的由来……………………………………………10

2.4滑模控制的基础知识…………………………………………………………………12

2.5滑模控制器的设计……………………………………………………………………12

3对于简单线性切换系统的观测器设计………………………………………………14

3.1系统描述………………………………………………………………………………14

3.2对于给定假设的评论…………………………………………………………………14

3.3标记法…………………………………………………………………………………15

3.4无切换系统的分等级的二阶滑模观测器……………………………………………16

3.5切换系统的观察………………………………………………………………………19

3.6仿真实例………………………………………………………………………………23

3.6本章小结………………………………………………………………………………31

4切换系统基于观测器的滑模控制………………………………………………………33

4.1系统描述………………………………………………………………………………33

4.2观测器设计……………………………………………………………………………35

4.3滑模面的设计…………………………………………………………………………37

4.4控制器综合……………………………………………………………………………39

4.5数值仿真………………………………………………………………………………41

4.6本章小结………………………………………………………………………………48

结论…………………………………………………………………………………………49

致谢…………………………………………………………………………………………50

参考文献……………………………………………………………………………………51

1绪论

1.1切换系统滑模控制的研究意义

随着科技的进步，如何解决不确定性条件下的控制问题已经成为现代控制中的焦点课题。

在控制系统中遇到的任何问题，比如控制系统中硬件的老化与磨损，或者控制过程过于复杂等原因，都会引起实际被控对象与由控制器设计的实际数学模型之间或多或少的差异，外界的未知的不确定性的干扰、未知的对象的各种参数和未建模过程中的动态变化是这种差异的主要来源，所以有必要进行进一步的研究控制，对于不必要的环节则要简化省略。

现代先进控制理论中的一门重要学科就是滑模控制，它的优点是实现简单，不但如此，当系统处于滑动模态时，它会对满足匹配条件的外界干扰和满足匹配条件的系统的不确定性具有不变性，即通常所说的稳定性或者叫抗干扰的能力，滑模控制在机器人、计算机控制、航空、航海和航天等现代先进的高科技的领域已经得到很成功的应用。

滑模控制（

）是一类特殊的非线性控制，是指同一系统中同时包含连续动态部分与离散动态部分，以及他们之间相互影响，相互作用的一类系统，它的控制的不连续性是它的非线性的主要表现。

这种控制策略所适用的系统的结构会时常变化，不是固定的，这也正是这种策略与其他控制策略的不同之处。

根据系统的当前状态，滑模控制能在动态过程中有目的地不断变化，从而使系统按照预先设定好的“滑动模态”轨迹运动。

滑动模态可以进行人为预先设计，是与对象参数及扰动无直接关系。

这就使得滑模控制具有了以下4个主要优点：

1.有快速响应能力；2.对应参数变化及扰动不灵敏；3.无需系统在线辨识；4.物理实现简单。

近年来，大量的实际系统都在