Bouc-Wen磁滞非线性Hammerstein系统的可变增益超扭曲控制

"这篇研究论文探讨了针对具有Bouc-Wen磁滞非线性的Hammerstein系统的可变增益超扭曲滑模控制方法。通过设计三变量的超扭曲滑模控制，该方法旨在减轻控制过程中的抖动现象，并通过Lyapunov定理确保控制系统稳定性，证明了可变增益超扭曲滑模控制系统在有限时间内能够实现严格的收敛性。仿真结果验证了提出的VGSTA的有效性。" 正文: 在自动化和控制理论领域，非线性系统的控制一直是一个重要且具有挑战性的课题。本文主要关注一类特殊的非线性系统——Hammerstein系统，该系统包含了输入非线性和静态非线性。特别是，它考虑了Bouc-Wen模型所描述的磁滞非线性，这是一种广泛应用于各种工程领域的复杂非线性行为，如磁学、力学和材料科学。 Bouc-Wen模型是一种多段线性模型，能够精确地模拟磁滞效应，其特点是具有非对称、非单调的特性。在实际应用中，这种非线性可能导致系统性能下降，甚至失去稳定性。因此，设计有效的控制策略来克服这种非线性是至关重要的。 论文提出了一种可变增益超扭曲滑模控制（Variable Gain Super-Twisting Algorithm, VGSTA）策略，针对具有Bouc-Wen磁滞非线性的Hammerstein系统。滑模控制是一种强大的非线性控制技术，能确保系统在任意初始条件下的最终稳定。然而，传统的滑模控制通常伴随着控制输入的剧烈振荡，即“抖动”现象，这可能对系统硬件造成损害。为了缓解这一问题，可变增益机制被引入到超扭曲滑模控制中。 首先，论文将非线性Hammerstein系统转换为规范形式，便于后续控制策略的设计。然后，作者提出了一个由三个变量组成的超扭曲滑模控制器。这种控制器的增益是可变的，可以根据系统的状态动态调整，从而有效地抑制抖动，提高控制性能。 通过Lyapunov稳定性分析，论文证明了所提出的控制策略可以确保系统的稳定性，并且能够在有限的时间内实现控制输入的严格收敛。这表明VGSTA不仅能够有效处理非线性，还能保证系统性能的稳健性。 最后，进行了数值模拟来验证所提控制算法的有效性。仿真结果显示，VGSTA在控制具有Bouc-Wen磁滞非线性的Hammerstein系统时，成功地实现了系统跟踪性能的提升，同时显著降低了控制输入的振荡，验证了算法的优越性。 这篇研究论文为解决具有复杂非线性特性的Hammerstein系统提供了一种新颖且有效的控制方法，对于实际工程应用具有重要的理论指导价值。通过采用可变增益的超扭曲滑模控制，该方法有望在涉及Bouc-Wen磁滞非线性的系统中实现更加平滑、稳定的控制效果。