摘 要： 將具有強(qiáng)魯棒性的滑模變結(jié)構(gòu)控制策略應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐爐口微差壓系統(tǒng)，采用爐口壓力控制模型,，分析,、設(shè)計(jì)了兩種變結(jié)構(gòu)控制器。通過(guò)仿真研究表明滑模變結(jié)構(gòu)控制方法具有很強(qiáng)的魯棒性,，可有效地改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì),。
關(guān)鍵詞： 微壓差控制系統(tǒng)；滑模變結(jié)構(gòu)控制,；仿真
滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)VSS(Variable-Structure Control system with sliding Mode)是一類特殊非線性系統(tǒng),，其非線性表現(xiàn)為控制的不連續(xù)性。該系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的主要區(qū)別在于其“結(jié)構(gòu)”并非固定,，而是在控制過(guò)程中不斷地改變,。“結(jié)構(gòu)”在諸多的控制理論文獻(xiàn)中并未給出統(tǒng)一的解釋，參考文獻(xiàn)[1]的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)給出了解釋：系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就是系統(tǒng)在狀態(tài)空間(或相空間)中的狀態(tài)軌跡(或相軌跡)的總體幾何(拓?fù)?性質(zhì),?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是具有極強(qiáng)的魯棒性，即對(duì)被控對(duì)象的模型誤差,、對(duì)象參數(shù)的變化以及外部干擾有極佳的不敏感性,，因此它十分適用于解決復(fù)雜的非線性和不確定性系統(tǒng)的控制問(wèn)題。
近年來(lái),，針對(duì)離散變結(jié)構(gòu)控制理論與設(shè)計(jì)的研究逐漸增多,，并且已取得了一些成果[2-3]。參考文獻(xiàn)[4]為了消除離散滑?？刂频亩墩?，設(shè)計(jì)了兩種濾波器：前濾波器和后濾波器，其中前濾波器用于控制信號(hào)的平滑及縮小飽和函數(shù)的邊界層厚度,，后濾波器用于消除對(duì)象輸出的噪聲干擾,。參考文獻(xiàn)[5]基于兩種不同的切換面，設(shè)計(jì)了離散時(shí)間系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)控制器,。所設(shè)計(jì)的控制器保持了變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好的優(yōu)點(diǎn),，消除了系統(tǒng)的抖振。
本文將具有強(qiáng)魯棒性的滑模變結(jié)構(gòu)控制策略應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐爐口微差壓系統(tǒng),，采用爐口壓力控制模型,，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制算法及兩種滑模變結(jié)構(gòu)控制器，提高了控制性能,，并具有強(qiáng)魯棒性,，避免或削弱了抖振。
1 系統(tǒng)建模
被控對(duì)象的傳遞函數(shù)描述為：
2 滑?？刂破髟O(shè)計(jì)與仿真分析
滑模變結(jié)構(gòu)控制理論不是一種分析方法,，而是一種綜合方法,，其重點(diǎn)就是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。設(shè)計(jì)滑模變結(jié)構(gòu)控制器的基本步驟包括兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分：
若[CB]滿秩,，可解出等效控制,。
再選取趨近律中的參數(shù)?著和k就能完全確定控制律。
2.1.3 系統(tǒng)仿真分析
為了驗(yàn)證滑?？刂菩Ч?，下面作仿真分析。
對(duì)于系統(tǒng)中的純滯后采用Smith預(yù)估補(bǔ)償,。仿真框圖如圖1所示,，圖中S_controller是用S函數(shù)編寫的控制器，S_plant為S函數(shù)編寫的控制對(duì)象,。輸入設(shè)定值10 Pa,。
為了考察滑模控制在抗干擾和不確定性方面的魯棒性,，在式(4)的系統(tǒng)中加入干擾,，同時(shí)，模型參數(shù)也加以變化,，此時(shí)的系統(tǒng)表示為：
由圖可見,，雖然對(duì)象中含有可很大的干擾，對(duì)象模型也發(fā)生了變化,，但控制性能卻沒(méi)有明顯變壞,，顯示了滑模變結(jié)構(gòu)控制的魯棒性。通過(guò)相軌跡分析,，抖振有所變大,。
2.2 準(zhǔn)滑動(dòng)模態(tài)控制器設(shè)計(jì)
2.2.1準(zhǔn)滑動(dòng)模態(tài)控制器設(shè)計(jì)過(guò)程
從相軌跡方面來(lái)說(shuō)，具有理想滑動(dòng)模態(tài)的變結(jié)構(gòu)控制是一定范圍內(nèi)的狀態(tài)點(diǎn)均被吸引至切換面,，速度矢量始終沿切換面,。準(zhǔn)滑動(dòng)模態(tài)控制在實(shí)現(xiàn)上的這種差別，使它從根本上避免或削弱了抖振,。其設(shè)計(jì)步驟與前述方法相同，只是將有繼電特性的符號(hào)函數(shù)用飽和函數(shù)或連續(xù)函數(shù)替換,。
常用的準(zhǔn)滑動(dòng)模態(tài)控制有以下兩種：
(1)用飽和函數(shù)sat(s)代替上述滑模中的符號(hào)函數(shù)sgn(s),。
2.2.2 系統(tǒng)仿真分析
采用與前述滑模控制相同的外界條件,，用連續(xù)函數(shù)?茲(s)取代符號(hào)函數(shù)sgn(s),。仿真結(jié)果如圖3所示。
由仿真結(jié)果可見,，滑?？刂菩Ч芾硐?。從相軌跡圖可看出系統(tǒng)狀態(tài)在原點(diǎn)的抖振不明顯，有效地抑制了抖振,。
爐口微差壓控制系統(tǒng)通過(guò)上述用趨近律方法設(shè)計(jì)的滑?？刂破鲗?shí)現(xiàn)滑模控制后,，取得了控制速度快,、超調(diào)量小、穩(wěn)定性好及對(duì)參數(shù)變化不敏感等一系列優(yōu)于傳統(tǒng)控制器的控制效果,。而準(zhǔn)滑?？刂颇苓M(jìn)一步減小抖振影響，從而在實(shí)際工作中得到了廣泛的應(yīng)用,。
參考文獻(xiàn)
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