二阶滑模极值搜索控制一般化设计方法及应用研究

发布时间：2020-06-05 16:19

【摘要】：极值搜索控制作为一种不基于模型的自适应控制方法,其结构简单,计算量小,所需的被控对象信息也较少。在现有的极值搜索控制方法中,滑模法以其强鲁棒性和收敛速度可控的优点受到了广泛关注。然而,由于经典滑模极值搜索控制建立在传统一阶滑模的思想上,滑模控制本身带来的滑动抖振和稳态振荡问题将在一定程度上影响方法性能,并限制其在实际系统的应用。引入二阶滑模是解决抖振问题的有效方法,但是二阶滑模控制与极值搜索问题的结合会增加系统设计难度,为了将更多经典二阶滑模控制律应用于极值搜索控制中,以充分利用各类方法的特点,本文提出了一种通用的二阶滑模极值搜索控制结构,并给出了控制器的一般化设计方法及相应的稳态振荡抑制策略,有效地解决了滑动抖振和稳态振荡问题。论文的主要研究内容如下:首先,本文对经典一阶滑模极值搜索控制的收敛性进行了深入分析,指出滑模极值搜索控制中产生抖振与稳态振荡现象的原因,为具有通用结构的二阶滑模极值搜索控制方法的提出及稳态振荡抑制策略的设计奠定了基础。其次,针对现有二阶滑模极值搜索控制设计过程复杂,缺乏一般性设计方法的问题,本文提出了一种具有通用结构的二阶滑模极值搜索控制方案。在给定必要假设、规范滑模面形式、分析稳定性条件的基础上,给出了控制器的一般化设计方法,可以将已有多种二阶滑模控制律直接应用于极值搜索控制中。通过对已有螺旋算法的重新设计,以及给定收敛律法和超螺旋算法的全新设计,充分验证了所提设计方法的通用性和有效性。然后,针对所设计具有统一结构的二阶滑模极值搜索控制方法中存在的稳态振荡现象,深入分析其与经典一阶方法中稳态振荡产生的共性原因,设计了一种可同时适用于所提出二阶方法及经典一阶方法的稳态振荡抑制策略。该策略基于振荡产生的机理,设计了一种参数在线调整方法,使得系统进入稳态后能够自适应减小滑模面之间的间隔,从而实现振荡幅值的衰减。仿真结果充分说明该策略可以在不影响原有收敛速度的前提下达到抑制稳态振荡的目的,大幅提升了极值搜索的精度。最后,采用本文所提一般化设计方法和稳态振荡抑制策略设计了基于超螺旋算法的无稳态振荡二阶滑模极值搜索控制方法,并将其应用于交流发电机能量转换系统的最大功率追踪(MPPT)控制。然后,在Simulink环境下搭建了整个控制系统并进行了仿真验证,通过与原有MPPT方法的控制效果作对比,验证了所提方法的有效性与优越性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP13

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