基于固定時(shí)間擾動觀測器的非奇異終端滑?？刂破鞯难芯?/h1>
2024-08-01 00:00:00王榮政戚夢珂金山海
電子產(chǎn)品世界 2024年4期
關(guān)鍵詞：滑模控制；固定時(shí)間理論；擾動觀測器；Lyapunov 穩(wěn)定性
中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
0 引言
非奇異終端滑?？刂茟{借算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)動控制中[1]。但所有滑模控制都會不可避免地引起抖振問題，基于擾動觀測器的控制算法應(yīng)運(yùn)而生[2]。分析發(fā)現(xiàn)，如果能夠充分利用模型的狀態(tài)空間描述，對輸出信號的總擾動加以估計(jì)并進(jìn)行前饋補(bǔ)償，另外再結(jié)合非奇異終端滑?？刂品椒ǎ軌蛉〉幂^為滿意的控制效果[3-4]。
基于擾動觀測器和非奇異終端滑?？刂评碚摚疚脑O(shè)計(jì)了一種基于固定時(shí)間擾動觀測器的非奇異終端滑?？刂疲╪on-singular terminal sliding modecontroller based on fixed-time disturbance observer，F(xiàn)DO-NTSMC）策略。
對于上述的正弦信號，分別用DO-NTSMC 和本文提出的FDO-NTSMC 對變頻率、變幅值的正弦信號跟蹤控制性能做仿真實(shí)驗(yàn)。在DO-TSMC 和FDO-NTSMC 作用下的變頻率、變幅值正弦信號位置軌跡跟蹤圖如圖2 所示。首先，在圖2b 中，本文對比了DO-NTSMC 與FDO-NTSMC 對變頻前正弦信號位置跟蹤的效果。仿真結(jié)果表明，F(xiàn)DONTSMC不僅能夠在幅值和相位上更好地逼近期望位置軌跡，而且在放大仿真圖中并未出現(xiàn)抖振現(xiàn)象，顯示出其優(yōu)越的性能。圖2c 則呈現(xiàn)了正弦信號的變頻率跟蹤仿真圖像，在3 s 時(shí)，信號頻率翻倍，而幅值保持不變。通過對比，發(fā)現(xiàn)FDONTSMC在頻率突變前后均能夠精確地跟蹤目標(biāo)值，而DO-NTSMC 則存在較大的誤差。特別是在頻率突變后，F(xiàn)DO-NTSMC 能夠迅速適應(yīng)并減小誤差，同時(shí)避免抖振現(xiàn)象的發(fā)生。圖2d 展示了頻率突變后的跟蹤情況，其中FDO-NTSMC 的相位滯后較小，相較于DO-NTSMC，其具有更高的跟蹤精度。此外，圖2e 展示了正弦信號變幅值跟蹤的仿真結(jié)果。在6 s 時(shí)，信號幅值翻倍，頻率保持不變。對比仿真結(jié)果，本文發(fā)現(xiàn)FDO-NTSMC 在幅值突變前后均能更準(zhǔn)確地跟蹤目標(biāo)軌跡，而DO-NTSMC的誤差較大。圖2f 呈現(xiàn)了幅值突變后的跟蹤圖像，進(jìn)一步證明了與DO-NTSMCF 相比，F(xiàn)DO-NTSMC具有更小的相位滯后和更高的軌跡跟蹤精度。
4 結(jié)語
本文提出的基于固定時(shí)間擾動觀測器的非奇異終端滑?？刂?，能夠在固定時(shí)間收斂到目標(biāo)值，且沒有抖振現(xiàn)象，跟蹤性能優(yōu)越。由于提出的控制器參數(shù)過多，未來還需要進(jìn)一步調(diào)整模型，尋找最佳值；同時(shí)目前仿真驗(yàn)證的被控對象較為簡單，下一步還將嘗試將該模型應(yīng)用于較為復(fù)雜的機(jī)械臂模型中。
關(guān)鍵詞：滑模控制；固定時(shí)間理論；擾動觀測器；Lyapunov 穩(wěn)定性
中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
0 引言
非奇異終端滑?？刂茟{借算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)動控制中[1]。但所有滑模控制都會不可避免地引起抖振問題，基于擾動觀測器的控制算法應(yīng)運(yùn)而生[2]。分析發(fā)現(xiàn)，如果能夠充分利用模型的狀態(tài)空間描述，對輸出信號的總擾動加以估計(jì)并進(jìn)行前饋補(bǔ)償，另外再結(jié)合非奇異終端滑?？刂品椒ǎ軌蛉〉幂^為滿意的控制效果[3-4]。
基于擾動觀測器和非奇異終端滑?？刂评碚摚疚脑O(shè)計(jì)了一種基于固定時(shí)間擾動觀測器的非奇異終端滑?？刂疲╪on-singular terminal sliding modecontroller based on fixed-time disturbance observer，F(xiàn)DO-NTSMC）策略。
對于上述的正弦信號，分別用DO-NTSMC 和本文提出的FDO-NTSMC 對變頻率、變幅值的正弦信號跟蹤控制性能做仿真實(shí)驗(yàn)。在DO-TSMC 和FDO-NTSMC 作用下的變頻率、變幅值正弦信號位置軌跡跟蹤圖如圖2 所示。首先，在圖2b 中，本文對比了DO-NTSMC 與FDO-NTSMC 對變頻前正弦信號位置跟蹤的效果。仿真結(jié)果表明，F(xiàn)DONTSMC不僅能夠在幅值和相位上更好地逼近期望位置軌跡，而且在放大仿真圖中并未出現(xiàn)抖振現(xiàn)象，顯示出其優(yōu)越的性能。圖2c 則呈現(xiàn)了正弦信號的變頻率跟蹤仿真圖像，在3 s 時(shí)，信號頻率翻倍，而幅值保持不變。通過對比，發(fā)現(xiàn)FDONTSMC在頻率突變前后均能夠精確地跟蹤目標(biāo)值，而DO-NTSMC 則存在較大的誤差。特別是在頻率突變后，F(xiàn)DO-NTSMC 能夠迅速適應(yīng)并減小誤差，同時(shí)避免抖振現(xiàn)象的發(fā)生。圖2d 展示了頻率突變后的跟蹤情況，其中FDO-NTSMC 的相位滯后較小，相較于DO-NTSMC，其具有更高的跟蹤精度。此外，圖2e 展示了正弦信號變幅值跟蹤的仿真結(jié)果。在6 s 時(shí)，信號幅值翻倍，頻率保持不變。對比仿真結(jié)果，本文發(fā)現(xiàn)FDO-NTSMC 在幅值突變前后均能更準(zhǔn)確地跟蹤目標(biāo)軌跡，而DO-NTSMC的誤差較大。圖2f 呈現(xiàn)了幅值突變后的跟蹤圖像，進(jìn)一步證明了與DO-NTSMCF 相比，F(xiàn)DO-NTSMC具有更小的相位滯后和更高的軌跡跟蹤精度。
4 結(jié)語
本文提出的基于固定時(shí)間擾動觀測器的非奇異終端滑?？刂?，能夠在固定時(shí)間收斂到目標(biāo)值，且沒有抖振現(xiàn)象，跟蹤性能優(yōu)越。由于提出的控制器參數(shù)過多，未來還需要進(jìn)一步調(diào)整模型，尋找最佳值；同時(shí)目前仿真驗(yàn)證的被控對象較為簡單，下一步還將嘗試將該模型應(yīng)用于較為復(fù)雜的機(jī)械臂模型中。
