一类分数阶非线性时滞系统的分数阶滑模控制研究

来源 :东北石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jackchenz
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近年来,随着越来越多的学者将目光聚集在分数阶微积分的研究,分数阶非线性系统在工程实际中被广泛的应用,在物理学领域得到深入的发展。尤其在复杂系统的建模问题上,运用分数阶微积分模型比整数阶微积分模型更加精准。而由于摩擦,机械或者反馈延迟等实际因素的影响,时滞总是存在于实际控制系统中,系统的动态特性由于时滞的存在受到严重的影响,这让控制系统变得更加复杂,因此关于分数阶非线性时滞系统的探究成为分数阶领域的研究热点。另一方面,近年来,系统同步在工程中的广泛应用引起了越来越多的关注,特别是在安全通信领域。但是,有关分数阶非线性时滞系统的同步控制问题鲜有人进行探究,所以研究分数阶非线性时滞系统的同步控制是一项新鲜且具有研究意义的课题。在本文中,通过分数阶微积分理论与滑模变结构控制理论相结合,针对一类分数阶非线性时滞系统进行同步研究,并利用Lyapunov稳定性定理和分数阶系统稳定性等对所提出同步方法进行理论验证。同时结合实际应用,在保密通信上将所提出的同步方案运用其中。主要研究内容如下:首先,对分数阶非线性时滞系统进行时域模型到频域模型转化。同时,基于终端滑模控制理论设计出一个全新分数阶终端滑模面,并对滑模面的稳定性进行验证。同时,针对系统中有外部干扰与不确定性的情况设计相应的动态滑模同步控制器,使误差系统有限时间内达到稳定,应用李雅普诺夫间接法进行理论证明,最终计算出同步时间。通过数值仿真对比,可以得出该控制器在控制误差系统达到稳定状态的时间比普通滑模控制器更快,并能有效地抑制抖振。其次,针对分数阶非线性时滞系统的同步问题,设计了一种在不消除非线性项的情况下的单一分数阶自适应滑模控制器。在该控制器的作用下,受控的误差系统渐进趋于稳定。数值仿真实现了分数阶非线性时滞系统的同步控制,理论证明与仿真结果均表明所提出控制器有效的消除时滞对系统性能造成的不良影响,相比其他控制器,该控制器更为简洁,控制成本更低,鲁棒性更佳。最后,针对在外部干扰和不确定性边界未知情况下的分数阶非线性变时滞混沌系统同步问题,运用自适应控制方法与终端滑模控制理论设计了一种自适应分数阶滑模控制器,使误差系统最终达到平衡点。并结合实际应用,将所提出的理论运用到保密通信中。通过Matlab仿真,仿真结果证明不仅该自适应分数阶滑模控制器的有效性与可行性,同时,验证文中理论与保密通信的成功结合。
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