系统控制学年毕业论文范文 和未知控制方向的BoucＧWen迟滞系统控制器设计相关学年毕业论文范文

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摘 要: 在非线性系统中的迟滞特性和未知控制方向,会增大超调,增加不精确性,甚至影响系统稳定.针对一类具有未知常数和执行器非线性的迟滞系统,提出了一种自适应反步控制方案.首先,用BoucWen模型来描述迟滞特性,并得到该微分方程的上界值；然后,采用Nussbaum函数来处理未知控制方向,采用误差变换使得跟踪误差限定在预设范围之内；最后,用自适应控制来减少非线性带来的振荡和超调.该方案中闭环系统的所有信号都是有界的,确保了系统暂态和稳态的性能.仿真结果表明该方案有效.

关键词： 迟滞；自适应控制；误差变化；Nussbaum函数

中图分类号： TP20

文献标志码： A

文章编号： 1673\|3851 (2018) 07\|0442\|05

0引言

基于智能材料（如压电陶瓷、形状记忆合金等）的执行器可广泛应用到诸多精密领域中.执行器中的迟滞具有记忆、多映射和非平滑特性,它的存在往往是导致控制性能变差的原因,甚至可能导致控制系统的不稳定［12］.近年来,对非线性系统的控制设计和分析已经得到了广泛的关注.一般来说,有两种方法来处理执行器的迟滞.一是自适应逆控制,以实现驱动器非线性的逆构造［34］；另一种方法是采用鲁棒自适应技术,它不涉及逆问题［56］.

BoucWen模型最早由Bouc提出并由Wen完善.该模型通过调节微分方程参数,能够描述大部分迟滞特性,在执行机构非线性系统的控制问题中得到了广泛的应用,如压电执行器、磁流变阻尼器、机械受迫振动系统等［78］.Rakotondrabe［9］提出采用逆乘法结构来补偿BoucWen模型的迟滞特性,只要确定系统的直接模型就可以避免大量计算.Minh等［10］研究了压电驱动器中的BoucWen迟滞的非线性、不光滑特性,并且设计了自适应控制器.赵新龙等［11］通过傅里叶变换得到了BoucWen模型的近似解,并针对该近似模型特性采用设计了自适应控制器,解决了开环控制中未知参数逆模型无法直接构造的难点.

虽然针对非线性系统的自适应控制已经取得了很大的进展,但当系统的控制方向未知时,难以对其设计控制器,而Nussbaum函数就是处理未知控制方向的方法之一.针对一类状态不可测的迟滞非线性系统,Liu等［12］将BoucWen模型和Nussbaum函数相结合,用鲁棒滤波消除了系统状态不可测的限制,设计出一种基于李雅普诺夫的神经网络控制器.Zhang等［13］研究了一类具有参数不确定性的非线性系统,考虑了对称死区和BoucWen迟滞,并且基于反步技术和Nussbaum函数设计了一类自适应控制器.

在非线性系统中,迟滞、未知控制方向和不确定干扰都会对系统产生消极的影响,使得控制器设计的难度大大增加.本文针对结合了迟滞、未知方向控制和不确定干扰的非线性系统,提出了一种自适应反步控制,重点研究了Nussbaum函数与基于Lyapunov函数的反步控制,在解决未知控制方向的同时,采用误差变换,把跟踪误差限定在预设范围之内,实现了对这一类未知控制方向的迟滞不确定非线性系统的有效控制.

1非线性系统描述

2基于误差变换的自适应控制

3仿真

一个常规二阶非线性系统用来验证所提出方案的有效性,其描述如下：

要求系统的状态误差不大于0.01,且通过性能函数来确保暂态和稳态的性能,该性能函数取ρ(t)等于(0.3-0.01)e-2.5t+0.01,δ等于0.3,ρ0(0)等于0.3,ρ∞等于0.01,l等于2.5.期望输出为yd等于0.5(sin(t)+cos(2t)).设定x1(0)等于0.5,x2(0)等于0,不确定干扰为ω1等于0.1sin(t),ω2等于0.1sin(t),且k1等于2,k2等于0,Abw等于0.12,dp等于1.5,β等于0.02,γ等于－0.015,φ2(x2)等于3.51+0.5cos(x1x2),φ1(x1)等于3.01+x1,nf1等于nφ1等于0.12,nf2等于nφ2等于0.12,σ1等于σ2等于5.

图1表示系统的控制量,图2表示系统的期望输出和实际输出,图3表示加误差变化时系统的跟踪误差.从图1—图3中可以看出,本文设计的控制方案能够有效地跟踪期望轨迹,而且系统误差能够限定在预设的范围之内,保障了系统的暂态和稳态性能.

4结论

本文针对未知控制方向的迟滞不确定非线性系统提出了一类自适应反步控制.用BoucWen模型来描述系统的迟滞,使用Nussbaum增益型函数来处理未知控制方向的问题,采用误差变换与基于Lyapunov函数的反步控制相结合的方法来实现自适应控制器的设计.结果表明,不但闭环系统的所有信号都是有界的,有效地削弱迟滞的不良影响,保证了系统的精度,而且保障了系统的预设性能,能把跟踪误差限定在预设的范围之内.

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该文结论:本文是适合不知如何写方向和迟滞和BoucＧWen方面的系统控制专业大学硕士和本科毕业论文以及关于系统控制论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料.

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