基于滑模观测与扰动补偿的离散滑模控制系统抖振抑制理论与应用

Sliding mode control (SMC) is an important branch in nonlinear control field, but two problems in SMC system hindering its application are system chattering and system discretized. This project is to aims at establishing a novel discrete SMC theory based on SM observer and disturbance compensator, which to conquer the above two problems. This project will carry out the following research: 1) Dynamical characteristics of discretized sliding mode control system, including the reaching mode and system chattering. Furthermore, the influence of periodic disturbance to system dynamics is also studied by using discrete sequence analysis method. 2) Local cycle compensator algorithm of digital peak current method is studied for power converter. Based on this research, dynamic characteristic existing in SM and SM change tendency is examined by using differential estimation theory and autoregressive disturbane model, and then a novel discrete cycle compensator SMC algorithm with forecast and correction capability is established, which can suppress system chattering by itself. 3) Mapping relationship of phase shift for SMC system chattering is studied, and chattering suppression theory by using multiple-phase power converter SMC system is constructed. 4) Finally, the new discrete cycle compensator SMC algorithm and chattering suppression theory by using multiple-phase SMC technology can be applied to the power converter experiment system, respectively, which are significant important for the practical applications of SMC theory.

滑模控制是非线性控制领域一个重要研究方向，但滑模控制系统的抖振与离散化问题阻碍了滑模控制的应用，本项目旨在建立基于滑模观测与扰动补偿的新型离散滑模控制理论，系统解决滑模控制系统的抖振问题。通过分析滑模控制系统离散动力学特征与系统抖振，运用离散序列分析法，进一步研究周期扰动对滑模控制系统抖振产生的“多乘”效应；研究开关功率变换器数字峰值电流同周期局部补偿算法，运用微分估计理论与自回归扰动理论，研究滑模的变化趋势与滑模微分蕴含的动力学特性，构建基于滑模观测器与扰动补偿器的周期内预估校正滑模控制算法，实现抖振自抑制；研究滑模控制系统抖振抑制的相移映射关系与准则，研究多相滑模控制器实现相移的抖振自抑制理论。将该方法应用于开关功率变换器系统，研究周期内预估校正SMC控制开关功率变换器系统与多相SMC控制开关功率变换器实验系统，促进滑模控制理论与应用研究。

研究滑模控制系统离散调制效应、“抖振抑制”与抗干扰能力具有重要的理论意义与应用价值。通过研究，取得了以下成果。.首先，分析了一般Euler离散滑模控制系统与ZOH离散滑模控制系统的动力学特性；进一步研究了周期扰动下离散滑模控制系统的“系统抖振”与“周期扰动”的叠加效应；通过假设“系统抖振”为周期函数，研究了一种多相开关功率器件的滑模抖振自抑制技术，以Buck变换器为例，设计并实现了一种两相滑模控制开关功率器件的抖振自抑制。.其次，基于扰动在线补偿滑模离散趋近律思想，提出了一种改进的自适应滑模观测器，并应用于永磁同步电机高性调速系统；实验表明该调速系统性能良好，抗干扰能力较强。提出了一种基于非线性观测器补偿的自适应滑模控制器，构建了一种基于非线性扰动观测器的快速滑模速度控制复合控制策略，并应用于永磁同步电机调速系统，实验结果表明该控制策略具有更好的抗扰特性。.第三，针对一类忆阻器混沌同步电路系统，提出了一种单输入控制器，采用模拟控制电路，实现了该忆阻器混沌同步系统及其保密通信。针对一类忆阻器混沌系统的参数不确定性与外部扰动，提出了一种基于观测器的有限时间投影同步控制策略。针对一类忆阻器混沌系统的执行器饱和问题，提出了一种可变脉冲同步控制忆阻器混沌系统。针对不确定性多混沌系统的投影同步控制问题，提出了一种基于超螺旋观测器的有限时间混沌同步控制器。.最后，针对无线传感器网络跨层拥塞控制问题，提出了一种网络传输层与MAC层之间的跨层拥塞控制模型，并采用一种模糊滑模控制策略，平衡了拥塞节点帧缓冲区的数据流入与流出。此外，针对运动目标检测受阴影干扰问题，提出了一种多特征融合的运动阴影消除方法。设计并实现了一种基于物联网的高速公路隧道照明节能模糊控制系统；设计并实现了一种基于物联网的电信运营商远程机房模糊控制能源管理系统。