带有不匹配干扰的分数阶系统的分数阶滑模控制研究

• 作 者: 邵常峰
• 出 处: 北京化工大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 分数阶微积分 分数阶滑模控制 分数阶扰动观测器 不匹配干扰

随着系统控制精度的不断提高和分数阶微积分理论的不断发展,分数阶系统的控制问题得到了越来越多关注,其中,分数阶系统的抗干扰问题是一个重要研究方向。滑模控制作为一种具有优良鲁棒性的控制方法在处理匹配的干扰问题时具有良好的效果,但是对于不匹配干扰问题的处理稍显不足,因此,论文将分数阶微积分引入到传统滑模控制中,针对带有不匹配干扰的两类分数阶系统提出了基于分数阶扰动观测器的分数阶滑模控制方法。首先,针对一类带有不匹配干扰的同元次分数阶系统,设计了新的分数阶扰动观测器来对系统的不匹配干扰进行估计,并基于该观测器设计了一种新的分数阶滑模控制器,给出了稳定性和有限时间收敛的证明。最后针对整数阶四旋翼飞行器系统和分数阶磁悬浮系统进行了仿真验证。然后,针对二阶欠驱动的非同元次分数阶系统,提出了一种带有扰动观测器的分数阶滑模控制方法。首先将非同元阶次的分数阶系统分解成两个分别具有同元阶次的分数阶子系统,对分数阶子系统分别设计分数阶扰动观测器,并给出有效性证明。然后基于分数阶扰动观测器的估计信息设计了分数阶滑模控制器,证明了滑模控制的有效性并给出了参数选取范围。最后通过对柔性连杆机械臂的仿真验证了所提方法的控制性能。相较于传统的整数阶滑模控制方法,论文提出的基于分数阶扰动观测器的分数阶滑模控制方法具有更快的收敛速度、更小的超调量以及更好的抖振抑制效果并且能很好的处理不匹配干扰问题;另外,相较于目前存在的分数阶滑模控制方法,论文提出的方法在收敛的快速性和降低超调量上也具有显著优势。