基于趋近律的滑模鲁棒控制simulink仿真

作者作为滑模控制入门者,参考刘金琨老师书籍进行基于趋近律的滑模鲁棒控制实例练习。考虑被控对象,设计滑模面与控制器,用Lyapunov第二法证明稳定性,将书中符号函数改为饱和函数减小抖震,给出系统及控制率参数取值和代码,运行结果显示输出拟合情况较理想。

滑模控制刚入门菜鸟一枚,找个实例练练手。参考刘金琨老师的《滑模变结构控制MATLAB仿真》中的基于趋近律的滑模鲁棒控制,对部分地方做出了修改。

考虑如下的被控对象:,其中,b>0,d(t)为外部干扰。

设计滑模面为:,其中

求滑模面的一阶导数:

 采用指数趋近律:

 可以计算出系统所需的控制器(过程略):

 但是由于干扰d未知,上述控制器无法实现,书中采用干扰的界来设计控制器。

设dc为干扰d的界相关的正实数,此时控制器为:

 利用Lyapunov第二法证明系统稳定性,

设计Lyapunov函数:,对时间进行微分,得到:

 要使系统稳定就得使

### 鲁棒控制Simulink仿真实现 #### 创建新的Simulink模型 启动MATLAB并打开一个新的Simulink模型窗口。这可以通过点击MATLAB界面中的“新建”按钮,然后选择“Simulink模型”来完成。 #### 添加必要的模块库 为了构建鲁棒控制器,在Simulink环境中需引入特定的功能模块。通常情况下,这些功能来自Control System Toolbox和Robust Control Toolbox[^1]。确保安装了这两个工具箱以便访问所需的组件。 #### 设计被控对象动态特性 定义待控制系统的传递函数或状态空间表示形式作为被控对象。对于线性时不变(LTI)系统,可以直接在命令行输入相应的表达式创建LTI对象;也可以通过拖拽方式从Library Browser中选取Transfer Fcn或State-Space模块到工作区,并设置参数值[^2]。 #### 构建滑模面及切换逻辑 针对所选案例——基于趋近律设计的滑模鲁棒控制器,需要建立描述误差变化规律的状态方程组以及决定何时改变控制策略的条件判断语句。此部分可通过自定义S-Function编写C/C++代码实现复杂算法,或者利用现有的Logical Operator、Relational Operator等基础元件组合搭建简易版开关电路模拟非连续行为。 #### 整合反馈回路与观测器(如有) 如果存在不可测得内部变量,则应考虑加入估计机制以辅助决策制定过程。此时可以添加Kalman Filter或其他类型的滤波器来获取更精确的状态信息供后续处理使用。同时连接好前向通道上的执行机构输出端口至反相输入端形成闭环结构[^3]。 #### 参数调整与性能评估 最后一步是对整个框架内的各个组成部分进行全面调试直至达到预期效果为止。借助Scope观察信号波形走势,调用stepinfo分析阶跃响应特征指标如上升时间、峰值时间和稳态误差大小等等。必要时还可以运用频域法绘制Bode图检验稳定性裕度是否满足工程实际需求。 ```matlab % 示例:简单的一阶惯性环节加PI调节器构成的基础PID控制系统 sys = tf([Kp Ki],[T 1]); feedback(sys,1); ```
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