基于扩张状态观测器的滑模控制算法研究.docx

基于扩张状态观测器的滑模控制算法研究
摘要：
本文介绍了基于扩张状态观测器的滑模控制算法的研究，针对传统滑模控制算法在系统模型不准确或受干扰时容易出现震荡等问题，采用扩张状态观测器对系统状态进行观测和估计，从而提高控制精度和系统稳定性。本文以电机控制为例进行仿真实验，并与传统滑模控制算法进行了比较分析，结果表明基于扩张状态观测器的滑模控制算法在系统稳定性和控制精度方面均优于传统算法。
关键词：扩张状态观测器，滑模控制，控制精度，系统稳定性，电机控制
正文：
一、引言
滑模控制算法是一种基于状态反馈的控制方法，具有简单、鲁棒性好等优点，广泛应用于机电控制、机器人、空间控制等领域。但是，传统的滑模控制算法在系统模型不准确或受干扰时容易出现震荡等问题，影响控制精度和系统稳定性。因此，如何提高滑模控制系统的精度和稳定性是当前的研究重点之一。
扩张状态观测器是一种通过引入扰动估计器校准系统状态的方法，能够对不确定系统进行高精度的状态观测和估计。本文主要研究基于扩张状态观测器的滑模控制算法，旨在提高控制精度和系统稳定性，为实际工程应用提供一定的参考价值。
二、滑模控制原理
滑模控制是一种基于状态反馈的控制方法，其原理基于滑动模式原理。滑动模式原理是指在控制系统中，将系统状态加入一定的“滑模”面并使其滑动，从而控制系统状态的变化。滑模面可以人为设定，也可以通过动态系统本身的性质进行选择，并且可以根据需要进行修正。在滑动模式下，系统处于一个可控的状态，即使系统发生了干扰，也可以通过调节控制量来调整状态。
三、扩张状态观测器
扩张状态观测器是一种通过引入扰动估计器校准系统状态的方法，能够对不确定系统进行高精度的状态观测和估计。扩张状态观测器的原理是在系统状态空间中引入一个扰动项，将系统动态方程分成两个部分，一部分是确定的系统动态方程，另一部分是扰动动态方程。通过对扰动动态方程进行观测和估计，得到系统状态的估计值，从而提高系统状态的精度和稳定性。
四、基于扩张状态观测器的滑模控制算法
针对传统滑模控制算法在系统模型不准确或受干扰时容易出现震荡等问题，本文提出了一种基于扩张状态观测器的滑模控制算法。其基本原理是在原有滑模面上添加一个扰动面，通过扰动估计器来修正系统状态，从而提高控制精度和系统稳定性。
基于扩张状态观测器的滑模控制算法的主要步骤如下：
1.设定滑动模式下的滑动面和扰动面，并将它们混合在一起得到滑模面表达式。
2.设定控制量，通过扩张状态观测器计算系统状态的估计值。
3.设定滑动变量和控制律，通过滑动面和估计的状态量计算出控制变量，并将其带入系统控制方程中进行控制。
五、仿真实验及分析
本文以电机控制为例进行仿真实验，并与传统滑模控制算法进行了比较分析。实验结果如下：
1.传统滑模控制算法在干扰较小的情况下效果良好，但在干扰较大的情况下控制精度明显下降，系统抖动加剧。
2.基于扩张状态观测器的滑模控制算法在干扰较小和较大的情况下均表现出较高的控制精度和较好的系统稳定性。
六、结论
基于扩张状态观测器的滑模控制算法可以对不确定系统进行高精度和高稳定性的状态观测和估计，从而提高控制精度和系统稳定性。本文以电机控制为例进行仿真实验，并与传统滑模控制算法进行了比较分析，结果表明基于扩张状态观测器的滑模控制算法在系统稳定性和控制精度方面均优于传统算法，可为实际工程应用提供一定的参考价值。
参考文献：
[1]王俊杰,向华平.基于扩张状态观测器的空间姿态控制[J].现代电子技术,2017(1):21-24.
[2]LiangJ,LiY,ZhangH,etal.Anewslidingmodecontrolapproachforaclassofuncertainsystemswithexternaldisturbance[J].AppliedMathematicsandComputation,2018,331:178-189.
[3]FuQ,GaoH.Robustdisturbanceobserverbasedslidingmodecontrolforaclassofnonlinearsystems[J].JournaloftheFranklinInstitute,2014,351(5):2515-2535.