一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法

本发明涉及自动控制领域，具体为一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法。

背景技术：

1、在工程中，控制系统已经广泛存在于各个领域各种设备上面，如飞行器、水下航行器、自动驾驶汽车和工业机器人等等。诸多系统都存在着强非线性，多变量，强耦合问题。倒立摆系统就是包含这类问题的一种典型系统，对它的研究具有一般性，因此倒立摆系统也成为广大学者验证控制方法有效性的典型对象。随着人们日益增长的需求，对倒立摆控制系统性能要求也不断提升。

2、近年来滑模控制系统因其结构简单、精度高，响应速度快、鲁棒性强等优点，在倒立摆控制系统中得到了广泛应用，但是传统滑模控制存在抖振问题，而非奇异终端滑模控制能够提高控制系统的稳定性，减少系统在滑模面上的振荡和抖动。

3、预设性能控制方法充分利用性能函数和误差变换等手段，将系统误差约束在规定的性能边界内，能够同时兼顾系统的稳态性能和瞬态性能，而传统的性能函数收敛速度是初始开始逐步降低，导致在系统初始状态误差最大情况下，收敛速度最快的，容易导致前期跟踪误差超边界，引发控制奇异问题，若放开边界，系统跟踪误差约束程度也会降低。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法，通过对预设性能函数的改进，以提高倒立摆控制系统的稳态性能和瞬态性能。

2、本发明的技术方案为：一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法，包括以下步骤：

3、s1：建立倒立摆系统模型：

4、s2：基于建立的倒立摆系统，设计改进预设性能函数，以约束控制系统跟踪误差，并进行误差转换；

5、s3：引入转换误差，设计非奇异终端滑模控制面和趋近律，建立基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制器；

6、s4：基于针对系统进行稳定性分析，验证系统的合理性。

7、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过对预设性能函数进行改进，使得本系统中的性能函数对时间的导数的绝对值先缓慢上升后迅速上升，进而使得倒立摆控制系统的初期状态误差约束较松，始终在规定的性能边界范围以内，避免控制奇异问题的发生；又使得倒立摆控制系统有更快地响应速度，能够更快地到达系统稳态。

技术特征：

1.一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1中所述的一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述s1包括：

3.根据权利要求1中所述的一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述s2包括：

4.根据权利要求3中所述的一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述转换误差ε1为计算公式为：

5.根据权利要求1中所述的一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述s3具体步骤为：

6.根据权利要求5中所述的一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，s301中的非奇异终端滑模面的计算公式如下：

7.根据权利要求6中所述的一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，s303中设计的非奇异终端滑模控制器为：

8.根据权利要求7中所述的一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述s4包括：

9.根据权利要求1中所述的一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括利用matlab软件对系统进行案例仿真，证明该方法的有效性，具体步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制方法，涉及自动控制领域；该方法步骤如下：建立一种倒立摆系统模型；进行改进预设性能函数设计，对倒立摆系统状态误差进行更加有效约束，并进行误差转换；引入转换误差，设计非奇异终端滑模面和趋近律，完成基于改进预设性能的非奇异终端滑模控制器的设计。本发明所设计的控制方法可以使系统状态在规定性能约束下更加高效地跟踪状态指令，提高控制系统的瞬态性能和稳态性能。

技术研发人员：位志华,明超,严苏豫,杨凯源
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5