滑模變結(jié)構(gòu)控制

1、滑模變結(jié)構(gòu)控制 作為一種特殊的魯棒控制方法【原理，優(yōu)點，意義，步驟，特點】變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的特征是具有一套反饋控制律和一個決策規(guī)則，該決策規(guī)則就是所謂的切換函數(shù)，將其作為輸入來衡量當(dāng)前系統(tǒng)的運動狀態(tài)，并決定在該瞬間系統(tǒng)所應(yīng)采取的反饋控制律，結(jié)果形成了變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。該變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由若干個子系統(tǒng)連接而成，每 個子系統(tǒng)有其固定的控制結(jié)構(gòu)且僅在特定的區(qū)域內(nèi)起作用。引進(jìn)這種變結(jié)構(gòu)特性的優(yōu)勢 之一是系統(tǒng)具有每一個結(jié)構(gòu)有用的特性，并可進(jìn)一步使系統(tǒng)具有單獨每個結(jié)構(gòu)都沒有的 新的特性，這種新的特性即是變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的滑動模態(tài)?；瑒幽B(tài)的存在，使得系統(tǒng)在滑 動模態(tài)下不僅保持對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不確定性、參數(shù)不確定性以及外界干擾等

2、不確定性因素的 魯棒性，而且可以獲得較為滿意的動態(tài)性能。迄今為止，變結(jié)構(gòu)控制理論已經(jīng)歷了50年的發(fā)展歷程，形成了自己的體系，成為自動控制系統(tǒng)中一種一般的設(shè)計方法。它適用 的控制任務(wù)有鎮(zhèn)定與運動跟蹤等?；？刂疲╯liding modecontrol, SMC也叫變結(jié)構(gòu)控制，本質(zhì)上是一類特殊 的非線性控制，且非線性表現(xiàn)為控制的不連續(xù)性。這種控制策略與其他控制的不 同之處在丁系統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)”并不固定，而是可以在動態(tài)過程中，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的 狀態(tài)（如偏差及其各階導(dǎo)數(shù)等）有目的地不斷變化，迫使系統(tǒng)按照預(yù)定“滑動模 態(tài)”的狀態(tài)軌跡運動。由丁滑動模態(tài)可以進(jìn)行設(shè)計且與對象參數(shù)及擾動無關(guān)，這就使得滑?？刂凭哂锌焖?/p>

3、響應(yīng)、對應(yīng)參數(shù)變化及擾動不靈敏、無需系統(tǒng)在線辨識、 物理實現(xiàn)簡單等優(yōu)點。原理：滑模變結(jié)構(gòu)控制的原理，是根據(jù)系統(tǒng)所期望的動態(tài)特性來設(shè)計系統(tǒng)的切換 超平面，通過滑動模態(tài)控制器使系統(tǒng)狀態(tài)從超平面之外向切換超平面收束。 系統(tǒng)一旦到達(dá)切換超平面，控制作用將保證系統(tǒng)沿切換超平面到達(dá)系統(tǒng)原點，這一沿切換超平面向原點滑動的過程稱為滑?？刂?。由丁系統(tǒng)的特性和參數(shù)只取決丁設(shè)計的切換超平面而與外界干擾沒有關(guān)系，所以滑模變結(jié)構(gòu)控制具 有很強的魯棒性。所設(shè)計的切換超平面需滿足達(dá)到條件，即系統(tǒng)在滑模平面 后將保持在該平面的條件?，F(xiàn)在以N維狀態(tài)空間模型為例，采用極點配置方法得到M（N<M）隹切換超平面，控制器采用固定

4、順序控制器的設(shè)計方式，首先 控制器控制任意點到 Q1超平面（M維）形成M-1階滑動模態(tài)，系統(tǒng)到達(dá) Q1超 平面后由丁該平面的達(dá)到條件而保持在該超平面上所以后面的超平面將是該 超平面的子集；然后控制器采用 Q1對應(yīng)的控制規(guī)則驅(qū)動到 Q1與Q2交接的Q12 平面（M-1維）得到M-2滑動模態(tài)，然后在 Q12對應(yīng)的控制規(guī)則驅(qū)動下到Q12與Q3交接的Q123平面（M-2維），依次到Q123.m平面，得到最終的滑模， 系統(tǒng)在將在達(dá)到條件下保持在該平面，使系統(tǒng)得到期望的性能。優(yōu)點：滑?？刂频膬?yōu)點是能夠克服系統(tǒng)的不確定性，對干擾和未建模動態(tài)具有 很強的魯棒性，尤其是對非線性系統(tǒng)的控制具有良好的控制效果。由丁

5、變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)算法簡單，響應(yīng)速度快，對外界噪聲干擾和參數(shù)攝動具有魯 棒性，在機器人控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變結(jié)構(gòu)控制作為非線性控制的重要方法近年來得到了廣泛深入的研究，其中一個重要的研究分支是抑制切換振頷，這方面已取得了不小的進(jìn)展，提出了等效控制、切換控制與模糊控制的組合模糊調(diào)整控制方法，其中等效控制用來配置極點，切換控制用來保 證不確定外擾存在下的到達(dá)過程，模糊調(diào)整控制則用來提高控制性能并減少 振頷.研究了一類非線性系統(tǒng)的模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方法，設(shè)計了滑模控制器和PI控制器的組合模糊邏輯控制器，充分發(fā)揮了各控制器的優(yōu)點.提出了 基丁有限時間機理的快速 Terminal滑?？刂品椒ú⒔o出了與

6、普通 Terminal滑?？刂菩阅艿谋容^.重要意義：受到越來越多的重視.該方法通過自行設(shè)計所需的滑模面和等效控制律能快速響應(yīng)輸入的變換，而對參數(shù)變換和擾動不敏感，具有很好的魯棒性，且物理制作簡單。其最大優(yōu)點是滑動模態(tài)對加在系統(tǒng)上的干擾和系統(tǒng)的攝動 具有完全的自適應(yīng)性，而且系統(tǒng)狀態(tài)一旦進(jìn)入滑模運動，便快速地收斂到控制 目標(biāo)，為時滯系統(tǒng)、不確定性系統(tǒng)的魯棒性設(shè)計提供了一種有效途徑，但其最 大的問題是系統(tǒng)控制器的輸出具有抖動。設(shè)計步驟：在系統(tǒng)控制過程中，控制器根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)時狀態(tài)，以躍變方式有目的地不斷 變換，迫使系統(tǒng)按預(yù)定的“滑動模態(tài) ”的狀態(tài)軌跡運動。變結(jié)構(gòu)是通過切換函數(shù)實現(xiàn)的，特別要指出的是，通常要求切換面上存在滑動模態(tài)區(qū)，故變結(jié)構(gòu)控制乂常被稱為滑動模態(tài)控制。設(shè)計變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)基本可分為兩步2 :(1) 確定切換函數(shù)S ( x)即開關(guān)面，使它所確定的滑動模態(tài)漸近穩(wěn)定且有良好的品質(zhì)，開關(guān)面代表了系統(tǒng)的理想動態(tài)特性。(2) 設(shè)計滑?？刂破髟O(shè)計滑?？刂破?，使到達(dá)條件得到滿足，從而使趨近運動(非滑動模 態(tài))丁有限時間到達(dá)開關(guān)面，并且在趨近的過程中快速、抖振小。特點：在普通的滑?？刂浦校ǔ＿x擇一個線性的滑動超平面，使系統(tǒng)到達(dá)滑 動模態(tài)后，跟蹤誤差漸進(jìn)地收斂為零，并且收斂的速度可以通過選擇滑模面 參數(shù)矩陣來調(diào)節(jié)。但