[发明专利]一种基于Delta算子的液位控制系统的自适应滑模控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Delta算子的液位控制系统的自适应滑模控制方法，属于过程控制领域。

背景技术

在现代工业中，自动控制技术被广泛的应用，不少控制系统以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量，实现对系统的稳定控制。另一方面，随着计算机普及，数字控制器越来越多的被应用工业系统控制中，因此对系统建模的准确性也有了越来越高的要求。然而，各类过程控制系统作为一个复杂的被控对象，具有多输入多输出以及非线性、强耦合、时滞等各种各样的复杂问题。因此控制器需要在系统存在时滞和不确定性的情况下仍然具备较强的控制能力。

近些年，针对系统及控制算法复杂程度的大幅提高，能够保证系统响应速度与稳定性能的高速采样控制器受到日益增多的关注。然而，传统移位算子在高速采样会使离散系统的控制性能变差，甚至出现不稳定的现象。为此，Goodwin教授提出了delta算子方法，可以有效解决传统移位算子存在的问题。delta算子系统是连续时间系统和离散时间系统的统一描述形式，非常适合处理复杂系统、网络系统中的高速采样控制问题。

由于滑模控制的滑动模态对系统参数摄动和外加干扰有完全的自适应性，因此非常适合处理四旋翼直升机飞控系统的控制问题。它的控制是不连续的，控制过程中，闭环系统的结构不停的变化，迫使系统状态沿着预先设计好的滑模面运动，渐渐“滑”向状态平衡点，即渐近稳定。其最主要的优点是一旦系统状态量到达滑模面，系统便不受参数变化和外界扰动的影响。而自适应控制可以处理未知的不确定性和扰动的上界，系统本身不断地检测运行参数，控制效果不断地改变，使系统处于最优工作状态。两者广泛用于飞控系统中，为飞控系统的控制提供了新思路。

为了有效处理控制系统中存在的时滞和不确定性，近些年，研究者提出了很多有效的方法。高存臣则研究了时滞离散系统的控制问题；张端金针对系统控制和信号处理研究了delta算子方法；张彩虹针对delta算子不确定系统提出了一种滑膜控制方法。但现有方法对于同时含有时滞和不确定性的液位控制系统却很难有很好的控制效果，因此本发明有很好的实用性。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，一种基于Delta算子的液位控制系统的自适应滑模控制方法，构造特殊的非线性滑模面，有效的改善了系统的运动品质，以线性矩阵不等式给出系统渐进稳定的充分条件，结合自适应控制，设计滑模控制器，有效克服不确定性和扰动带来的影响。

技术方案：一种基于Delta算子的液位控制系统的自适应滑模控制方法，其特征在于：考虑过程控制系统中存在时变时滞和建模的不确定性，结合自适应控制，提出一种自适应滑模控制方法，使得控制系统在发生执行器有输入扰动的情况下能够稳定运行，根据所获取的模型参数，设计一种特殊的非线性滑模面，求解出系统的滑动模态，通过求解线性矩阵不等式使得系统滑动模态渐进稳定，进而结合自适应边界估计和等效控制设计出滑模控制律，最终构成控制器，包括如下具体步骤：

步骤1)获取系统数学模型：