多时间尺度系统积分滑模控制研究

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多时间尺度系统广泛存在于化工过程、电机系统、电力系统和电路系统等诸多领域。应用传统的控制理论和方法对多时间尺度系统进行控制器设计和稳定性分析时,往往会出现高维和病态数值问题。滑模控制因具有极强的抗干扰能力近年来得到广泛关注,但多时间尺度系统滑模控制理论还不成熟,还有很多亟待解决的问题。本文利用奇异摄动理论研究多时间尺度系统积分滑模控制的设计与分析问题。研究成果将完善和丰富多时间尺度系统的控制理论。  本文的主要工作概括如下:  1.提出基于降阶模型的多时间尺度系统积分滑模控制方法。首先,针对受匹配干扰影响的多时间尺度系统,应用极点配置技术镇定快子系统,并基于降阶的慢子系统模型设计积分滑模控制器。然后,对于系统受到不匹配干扰的情况,在镇定慢子系统后,采用快子系统动态设计基于扰动观测器的积分滑模控制器。最后,通过仿真验证所提方法的优势和有效性。  2.提出基于全阶模型的多时间尺度系统积分滑模控制方法。首先,构造一种依赖奇异摄动参数的扰动观测器用于估计干扰。其次,设计将干扰估计值考虑在内的积分滑模控制器。然后,应用鲁棒H?控制和李雅普诺夫稳定性理论,通过求解一组线性矩阵不等式设计积分滑模控制器的增益,从而抑制干扰。最后,通过两个例子说明多时间尺度系统分别受到匹配干扰和不匹配干扰影响时,所提方法的优势和有效性。与现有方法相比,所提方法具有更小的超调和更快的响应速度。同时,系统对外部干扰具有很强的抑制能力。  3.提出不确定多时间尺度系统的无源积分滑模控制方法。首先,设计一种依赖奇异摄动参数的积分滑模面,并保证能达性条件。其次,基于无源性理论,通过求解一组线性矩阵不等式设计积分滑模控制器的增益,使得在所设计积分滑模控制器的作用下,闭环多时间尺度系统是无源且指数稳定的。然后,提出一种奇异摄动参数上界值估计方法,使得无源性和指数稳定性对任意容许的奇异摄动参数仍然满足。最后,通过一个例子验证所提方法的优势和有效性。所提方法比现有方法具有更小的保守性,可以得到一个更优的奇异摄动参数界,且系统能承受更大的不确定项。
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