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申请/专利权人：大连海事大学

摘要：本发明提供一种基于扩张状态观测器的非奇异终端滑模气动定位控制方法，适用于对气动系统实现高精度定位控制，该方法包括：对气动系统的定位控制过程进行机理分析，推导出气动系统的数学模型和摩擦力干扰模型；设计跟踪微分器，安排过渡过程提取气动系统输入的跟踪信号和微分信号，滤除输入噪声；设计非奇异终端滑模控制面和控制率，抑制气动系统内部不确定性和外部干扰组成的复合扰动对定位控制的影响；针对滑模控制存在的抖振问题，设计改进滑模变结构扩张状态观测器，用扩张状态观测器估计到的复合扰动作为矫正依据更新非奇异终端滑模控制律，降低控制率中的切换增益和抑制气动系统内部不确定性以达到降低抖振的效果。

主权项：1.一种基于扩张状态观测器的非奇异终端滑模气动定位控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对气动系统的定位控制过程进行机理分析，根据气动系统的运行规律作出假设，推导出气动系统的活塞力平衡方程、气体质量流量方程、滑阀的压力流量方程、滑阀的数学模型，得到气动系统的数学模型和外部扰动中的摩擦力干扰模型；S2、设计跟踪微分器，安排过渡过程提取气动系统输入的跟踪信号和微分信号，滤除输入噪声，防止因输入信号突变带来的超调波动；所述步骤S2中，设计的跟踪微分器如下所示： 其中，v1为输入信号的跟踪值，v2为输入信号的微分，最速综合函数fhanx1,x2,r,h的形式为： 其中，r为速度因子，h为积分步长，x1为实际的输入信号，x2为输入信号的一阶导数；S3、气动系统在实际的运行过程中会受到系统内部不确定性和外部扰动组成的复合扰动的影响，设计非奇异终端滑模控制面和控制率，抑制复合扰动对定位控制的影响；所述步骤S3的具体实现过程如下：S31、定义跟踪误差e1＝x1-v1，式中x1为输入信号，v1和v2为微分跟踪器的输出值；S32、设计非奇异终端滑模面，如下所示： 其中，β＞0，p和q为正奇数且p＞q，1＜pq＜2；S33、基于设计的非奇异终端滑模面，得到非奇异终端滑模控制率，如下所示： 其中，fx＝a0x1+a1x2，η表示干扰上界，ld表示控制增益，表示输入信号的二阶导数；S4、设计改进滑模变结构扩张状态观测器，用扩张状态观测器估计到的复合扰动作为矫正依据更新非奇异终端滑模控制律，降低控制率中的切换增益和抑制气动系统内部不确定性以达到降低抖振的效果；所述步骤S4的具体实现过程如下：S41、利用滑模控制思想，设计改进滑模变结构控制扩张状态观测器，如下： 其中，z1，z2和z3为气动系统各阶状态变量的估计值，c1和c2为常数，θs为光滑函数，k＞0；S42、改进非奇异终端滑模面，引入改进滑模变结构扩张状态观测器的估计值，更新基于改进滑模变结构扩张状态观测器的非奇异终端滑模控制率，如下： 其中，z2和z3为扩张状态观测器的估计值，sats为饱和函数。

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