1.一种基于二阶观测器的电液伺服系统全局滑模控制方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:建立电液伺服系统模型;
电液伺服系统的模型如下:(1)
上式中, 是系统状态, 和 分别是系统控制输入和输出, 是控制增益,表示集总扰动;
S2:设计二阶自适应扩展状态观测器,具体过程如下:定义跟踪误差阈值为 ,设计一种平滑且连续的自适应策略,公式如下:(2)
上式中, 是跟踪误差, 是跟踪误差阈值, 是指数函数,当 时,为指数函数,当 , 为线性函数;
令 ,并根据公式(2),构建二阶自适应扩展状态观测器,公式如下:(3)
上式中,定义 为新的状态变量, 和 分别是 和 的估计值, 和 为增益;
S3:提出等效控制律和滑模鲁棒控制项,得到全局滑模控制律;
得到全局滑模控制律的过程如下:基于二阶自适应扩展状态观测器的输出,设计一阶低通滤波器如下:(4)
上式中, 是增益系数, 是滤波器的输出; 是虚拟控制律,具体设计如下:(5)
定义一个新的跟踪误差 ,公式如下:(6)
结合 ,设计理想的滑模面 ,公式如下:(7)
基于余弦函数,设计平滑且连续的收敛函数如下:(8)
上式中, 是收敛时间, , 是增益系数,根据式(7)和(8),设计全局滑模面如下:(9)
根据李雅普诺夫理论,设计等效控制律如下:(10)
上式中, 是等效控制律;
基于符号和正弦函数,设计一个平滑且连续的饱和函数,公式如下:(11)
上式中, 是增益系数, 表示边界层的厚度;
结合公式(11),设计滑模鲁棒控制项如下:(12)
上式中, , , 和 均是奇数,且满足 ;
结合公式(10)和公式(12),构建全局滑模控制律如下:(13)
上式中, 表示全局滑模控制律;
S4:将观测器估计的扰动与步骤S3中的全局滑模控制律结合,得到控制器;
得到控制器的过程如下:将观测器公式(3)估计的扰动在全局滑模控制律公式(13)中加以补偿,得到了电液伺服系统的控制器公式:(14)
上式中, 是控制器公式;
S5:针对步骤S1中的电液伺服系统,在控制器的作用下,给出电液伺服系统的有限时间稳定性证明过程;
证明过程如下:
对于一个控制系统,如果其李雅普诺夫函数满足公式如下:(15)
上式中,当 是增益系数, 是增益系数, 是正数, 是李雅普诺夫函数, 是 的导数,则系统是有限时间稳定的,收敛时间的公式如下:(16)
在所提出的控制器公式(14)下,电液伺服系统模型公式(1)具有有限时间稳定性,收敛时间如下:(17)
结合公式(3),计算公式(9)的导数,如下所示:(18)
选择以下李雅普诺夫函数:(19)
对公式(19)求导数,并将公式(14)和公式(17)带入其中,得到公式如下:(20)
依据公式(20),电液伺服系统在控制器公式(14)的作用下具有有限时间稳定性,收敛时间为公式(17)。