滑模变结构在单片机控制中的应用.docVIP

滑模变结构在单片机控制中的应用 　　摘 要：通过对滑模变结构的研究，分析了传统四种趋近律的控制特点，发现应用在单片机控制中有很好的控制效果。针对单片机在机器小车中的可控性和可擦除性，展望了滑模变结构对单片机的控制成为一种趋势，控制精度的提高对于控制系统来讲至关重要，在工业自动化控制中，基于PC系统和滑模变结构的控制在今后将成为主流。 　　关键词：滑模变结构；单片机；自动控制 　　一、滑模变结构理论 　　1880年至今，智能控制的发展开始出现在各种控制场合中，但还只是起步阶段。直到1900年后，才出现了“百花齐放，百家争鸣”的控制方式。滑模变结构具有可以从控制的任何时刻、任何角度参与控制，对控制对象和控制中出现的干扰因素都不灵敏，对系统本身的影响不大等优点，所以在离散系统控制中很受欢迎。从典型的离散系统到连续系统，从一阶、二阶到高阶系统，从限定条件到无限定条件，从普通控制到高级控制，近二十年的时间，滑模变结构控制已经应用到了各种控制中。 　　趋近律方法是变结构控制的典型策略。我国科学家高为炳首次提出了四种趋近律：等速趋近律、指数趋近律、幂次趋近律和一般趋近律。 　　1.等速趋近律 　　系统的控制轨迹到达理想状态，速度都一样，而且幅值的大小都不发生变化，所以系统在受控的过程中，一直是等幅振荡，这样的系统如果控制精度不高，那么这种趋近律完全可以使用。如果控制精度要求比较高的话，这样的趋近律加到控制系统中，会引起控制系统不稳定或不可控。 　　2.指数趋近律 　　指数趋近律在诸多控制中使用广泛，主要是因为微分形式经过积分后产生很小的常数项，这个常数项趋近于正无穷小，如果控制系统设计得较好，那么这个常数项就会很小，甚至为0。但是指数趋近律一般应用在控制精度很高的控制系统中，如果有这么一个常数项，会使控制系统不稳定。 　　3.幂次趋近律 　　幂次趋近律使用较指数趋近律少，主要是不能在有限的时间内趋向理想状态，这与滑模变结构的控制要求有出入，如果不能在有限的时间内到达，则系统将会一直处于振荡状态，有可能造成系统不稳定。 　　4.一般趋近律 　　一般趋近律在四种趋近律中应用得最少，但是控制精度不高、控制步骤不多、不复杂的系统例外。通常是通过组合的思想应用到控制系统中，根据不同的控制要求选择不同的函数进行位置跟踪，位置跟踪是机器人控制中的重要研究方向，主要是轨迹跟踪和壁障。 　　二、单片机理论 　　单片机就是在一块硅片上集成了微处理器、存储器以及各种输入输出接口的芯片，这样的一块硅片就具有计算机的特性。常用的控制芯片为intel公司生产的AT89S52，其内部结构是固化好的，40个引脚分为四大类，时钟、复位、电源为一类；输入、输出每8位为一组，通常规定为P口，分为P0、P1、P2、P3。AT89S52系列，8―表示芯片为8051内核芯片，9―表示内部含存储器，S―表示该芯片含有可串行下载功能的存储器，即具有ISP在线编程功能。1―表示芯片内部程序存储空间的大小，程序空间大小决定了一个芯片所能装入执行代码的多少。一般来说，程序存储空间越大，芯片价格就越高，所以本文中选择的是8KB的存储空间。这样，一来是为了价格方面的考虑，还有就是内部存储的余量，方便进行程序的扩展。 　　1.单片机的应用范围 　　单片机是一种通过写程序来控制的设备，它本身是不能单独运用于某项工程或某种设备上的，必须通过外围的数字电路和模拟电路来实习控制。根据外设的不同，可以把应用分为以下几类： 　　（1）工业自动化。例如：数据采集、测控技术。 　　（2）智能仪器仪表。例如：数字示波器、数字信号源、数字万用表等。 　　（3）消费类电子产品。例如：洗衣机、电冰箱、微波炉、汽车电子产品等。 　　（4）通信方面。例如：调制解调器、手机、交换机等。 　　（5）武器。例如：飞机、导弹制导、智能武器等。 　　2.单片机系统设计中的内容 　　（1）电源。 　　（2）晶体振荡器。 　　（3）复位电路。 　　（4）输入检测电平。 　　（5）输出控制电平。 　　（6）定时器：重点设计定时器方式2。 　　三、滑模变结构与单片机的结合 　　单片机不能独立完成控制要求，只能通过外围电路，如数字电路或模拟电路等，除了外围电路外，高级的控制方法也可以实现，比如：滑模变结构控制。那么如何来实现，也就是趋近律控制策略。通过引入趋近律到单片机实现控制。仿真的图像如下： 　　本文从选题到最后的仿真结果，都表明滑模变结构应用到单片机实现控制是一个不错的选择，但是从微分方程的计算、化简难度很大，如何选择合适的参数也需要经过不断的仿真才能得出，仿真图形表明，趋近律和曲线拟合下的趋近律在消除抖振方面有很明显的区别，关键在于新趋近律中参数选择有误差，而曲线拟合