龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/6d900708.html, 模糊滑模控制算法研究综述 作者：米文鹏蒋奇英郭刚 来源：《读写算·教研版》2014年第14期 摘要：模糊控制及滑模控制作为两种先进的控制方法，有着非常好的优势，但也存在着缺点，结合两者的优点，互补其缺点，从而形成了模糊滑模控制律，本文主要概述研究了模糊控制的一些基本算法。 关键词：模糊控制；滑模控制；复杂系统 中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）14-094-01 随着控制理论实践的不断深入，被控对象的结构及数学模型也越来越复杂，呈现出时变性、多输入多输出、高度复杂性、非线性、不确定性等特点。面对这些复杂特征，传统的基于精确数学模型的控制理论的局限性日趋明显，于是出现了诸如变结构控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制以及智能控制等新的控制手段。本文就模糊滑模控制的产生及发展现状做简单介绍。 滑模控制因其独特的优势在伺服机构、飞行器控制等领域有着广阔的发展前景。但是，实际系统由于切换装置不可避免地存在惯性，变结构控制在不同的控制逻辑中来回切换，会导致实际滑模运动不是准确地发生在切换面上，容易引起系统的剧烈抖动。这一缺点使其在实际应用中受到了很大的限制。抖动不仅影响控制的精确性，增加能量消耗，而且系统中的高频未建模动态很容易被激发起来，破坏系统性能，甚至使系统产生振荡或失稳，损坏控制器部件。而将模糊控制与滑模变结构控制结合应用来克服变结构控制所带来的抖动便成为很多专家学者的研究重点。 一、常规模糊滑模控制 模糊控制和滑模变结构控制各有优缺点，有某种相似之处，又有互补之处。90年代以后 专家学者把二者结合，构成模糊滑模控制，实现两者之间的取长补短。同时还可在一定程度上削弱或克服滑模变结构控制的抖动现象。目前，模糊控制与滑模变结构控制的结合运用主要有以下三种方式[1]。 1、通过模糊控制规则自适应地调节符号函数项的值，可以在保证趋近速度和减小抖动的前提下较好地选择和。 2、通过模糊控制规则直接确定滑模控制量，即直接把切换函数及其微分作为输入量，通过模糊推理获得滑模控制的控制量。
第24卷第3期2007年6月 控制理论与应用 Control Theory&Applications V ol.24No.3 Jun.2007滑模变结构控制理论及其算法研究与进展 刘金琨1,孙富春2 (1.北京航空航天大学自动化与电气工程学院,北京100083;2.清华大学智能技术与系统国家重点实验室,北京100084) 摘要:针对近年来滑模变结构控制的发展状况,将滑模变结构控制分为18个研究方向,即滑模控制的消除抖振问题、准滑动模态控制、基于趋近律的滑模控制、离散系统滑模控制、自适应滑模控制、非匹配不确定性系统滑模控制、时滞系统滑模控制、非线性系统滑模控制、Terminal滑模控制、全鲁棒滑模控制、滑模观测器、神经网络滑模控制、模糊滑模控制、动态滑模控制、积分滑模控制和随机系统的滑模控制等.对每个方向的研究状况进行了分析和说明.最后对滑模控制的未来发展作了几点展望. 关键词:滑模控制;鲁棒控制;抖振 中图分类号:TP273文献标识码:A Research and development on theory and algorithms of sliding mode control LIU Jin-kun1,SUN Fu-chun2 (1.School of Automation Science&Electrical Engineering,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing100083,China; 2.State Key Laboratory of Intelligent Technology and Systems,Tsinghua University,Beijing100084,China) Abstract:According to the development of sliding mode control(SMC)in recent years,the SMC domain is character-ized by eighteen directions.These directions are chattering free of SMC,quasi SMC,trending law SMC,discrete SMC, adaptive SMC,SMC for mismatched uncertain systems,SMC for nonlinear systems,time-delay SMC,terminal SMC, global robust SMC,sliding mode observer,neural SMC,fuzzy SMC,dynamic SMC,integral SMC and SMC for stochastic systems,etc.The evolution of each direction is introduced and analyzed.Finally,further research directions are discussed in detail. Key words:sliding mode control;robust control;chattering 文章编号：1000?8152(2007)03?0407?12 1引言(Introduction) 滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制,其非线性表现为控制的不连续性,这种控制策略与其它控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定,而是可以在动态过程中根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化,迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动.由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关,这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辩识,物理实现简单等优点.该方法的缺点在于当状态轨迹到达滑模面后,难于严格地沿着滑模面向着平衡点滑动,而是在滑模面两侧来回穿越,从而产生颤动. 滑模变结构控制出现于20世纪50年代,经历了50余年的发展,已形成了一个相对独立的研究分支,成为自动控制系统的一种一般的设计方法.以滑模为基础的变结构控制系统理论经历了3个发展阶段.第1阶段为以误差及其导数为状态变量研究单输入单输出线性对象的变结构控制;20世纪60年代末开始了变结构控制理论研究的第2阶段,研究的对象扩大到多输入多输出系统和非线性系统;进入80年代以来,随着计算机、大功率电子切换器件、机器人及电机等技术的迅速发展,变结构控制的理论和应用研究开始进入了一个新的阶段,所研究的对象已涉及到离散系统、分布参数系统、滞后系统、非线性大系统及非完整力学系统等众多复杂系统,同时,自适应控制、神经网络、模糊控制及遗传算法等先进方法也被应用于滑模变结构控制系统的设计中. 2滑模变结构控制理论研究进展(Develop-ment for SMC) 2.1消除滑模变结构控制抖振的方法研 究(Research on chattering elimination of SMC) 2.1.1滑模变结构控制的抖振问题(Problems of SMC chattering) 从理论角度,在一定意义上,由于滑动模态可以 收稿日期:2005?10?19;收修改稿日期:2006?02?23. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60474025,90405017).
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基于滑模观测器的PMSM模糊滑模控制 作者：王巍， 汪玉凤， 郭凤仪， WANG Wei， WANG Yu-feng， GUO Feng-yi 作者单位：辽宁工程技术大学,辽宁葫芦岛,125105 刊名： 微特电机 英文刊名：SMALL & SPECIAL ELECTRICAL MACHINES 年，卷(期)：2010，38(8) 被引用次数：0次 参考文献(11条) 1.Elmas https://www.doczj.com/doc/6d900708.html,tun O A hybrid controller for the speed control of a permanent magnet synchronous motor drive 2008(1) 2.沈艳霞.纪志成基于无源性永磁同步电机模糊滑模控制系统研究 2007(17) 3.Ilioudis V C.Margaris N I PMSM Sensorless Speed Estimation Based on Sliding Mode Observers 2008 4.赵德宗.张承进.郝兰英一种无速度传感器感应电机鲁棒滑模控制策略 2006(22) 5.Han Y S.Choi J S.Kim Y S Sensorless PMSM Drive with a Sliding Mode Control Based Adaptive Speed and Stator Resistance Estimator 2000(5) 6.王巍.郭凤仪.侯利民滑模控制的PMSM无速度传感器最优转矩控制 2009(3) 7.Cárdenas R.Pe(n~)a R MRAS Observer for Sensorless Control of Standalone Doubly Fed Induction Generators 2005(4) 8.王庆龙.张崇巍.张兴基于变结构模型参考自适应系统的永磁同步电机转速辨识 2008(9) 9.Bianchi N.Bolognani S Advantages of Inset PM Machines for Zero-Speed Sensorless Position Detection 2008(4) 10.秦峰.贺益康.贾洪平基于转子位置自检测复合方法的永磁同步电机无传感器运行研究 2007(3) 11.Jeong Y Initial rotor position estimation of an interior permanent magnet synchronous machine using carrier frequency injection methods 2005(1) 相似文献(10条) 1.期刊论文骆再飞.蒋静坪.曹芳祥.LUO Zai-fei.JIANG Jing-ping.CAO Fan-xiang交流伺服系统的动态模糊滑模 控制策略研究-机电工程2008,25(11) 为提高永磁同步电机(PMSM)交流伺服系统的动静态性能,提出了一种动态模糊滑模控制方法.采用"距离"减少了模糊输入维数和模糊规则,减少控制器的计算量从而加快了响应速度;并利用自适应算法改善了系统性能.仿真试验表明,该方法能明显削弱抖振,提高稳态精度,并具有动态响应速度快的特点以及较强的鲁棒性. 2.期刊论文王洪斌.穆太青.高殿荣基于模糊滑模控制的永磁同步液压电机泵变速控制的研究-武汉理工大学学报 （交通科学与工程版）2010,34(1) 提出一种永磁同步液压电机泵模型,即把永磁同步电机转子作为液压泵缸体,以进一步提高液压传动的整机效率.通过控制电机转速直接调节泵的输出流量,使电机泵提供的功率与负载匹配,从根本上提高液压调速系统的效率.同时建立了该液压电机泵变速控制系统的数学模型.针对永磁同步电机非线性、多变量、强耦合的特点,将模糊和滑模控制理论运用到永磁同步电机直接转矩控制中,以提高系统的鲁棒性和快速性.对转速阶跃变化进行仿真研究,仿真结果表明该策略具有良好的鲁棒性和快速性. 3.期刊论文黄石维.周国荣.HUANG Shi-wei.ZHOU Guo-rong永磁同步电机的模糊滑模控制-机械工程与自动化 2010(1) 为了实现高性能永磁同步电动机伺服系统快速而精确的位置跟踪控制,在滑模控制策略中引入模糊控制算法,设计了基于模糊规则的滑模控制器;并通过理论分析和控制仿真,证实了模糊滑模控制很好地解决了抖振问题,对参数变化和负载扰动具有很好的鲁棒性,永磁同步电机可获得很好的位置跟踪效果. 4.学位论文刘梦溪交流伺服系统的滑模控制研究2008 随着现代化工业的不断发展，交流伺服系统在许多领域的应用日益广泛，对其性能要求也越来越高。由于交流伺服系统本质上具有非线性、多变量、参数时变的性质，因此要实现高品质的控制，对控制策略就提出了很高的要求。本文针对在交流伺服驱动系统中一些尚待解决的的控制问题将一些新的控制方法引入交流伺服系统，力求以新的控制方式和策略提高整个系统的鲁棒性。 滑模控制对系统模型不精确和外部扰动具有较强的鲁棒性，因此获得了广泛应用。但滑模控制的高频抖振现象却成为限制其应用的主要障碍。模糊控制作为利用专家知识和经验的有效方法，特别适用于复杂、非线性、时变的系统，但大多数模糊控制系统缺少保证系统性能的分析方法。将模糊控制
滑模变结构控制作为一种特殊的鲁棒控制方法【原理，优点，意义，步骤，特点】 变结构控制系统的特征是具有一套反馈控制律和一个决策规则，该决策规则就是所谓的切换函数，将其作为输入来衡量当前系统的运动状态，并决定在该瞬间系统所应采取的反馈控制律，结果形成了变结构控制系统。该变结构系统由若干个子系统连接而成，每个子系统有其固定的控制结构且仅在特定的区域内起作用。引进这种变结构特性的优势之一是系统具有每一个结构有用的特性，并可进一步使系统具有单独每个结构都没有的新的特性，这种新的特性即是变结构系统的滑动模态。滑动模态的存在，使得系统在滑动模态下不仅保持对系统结构不确定性、参数不确定性以及外界干扰等不确定性因素的鲁棒性，而且可以获得较为满意的动态性能。迄今为止，变结构控制理论已经历了50年的发展历程，形成了自己的体系，成为自动控制系统中一种一般的设计方法。它适用的控制任务有镇定与运动跟踪等。 滑模控制(sliding mode control, SMC)也叫变结构控制，本质上是一类特殊的非线性控制，且非线性表现为控制的不连续性。这种控制策略与其他控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定,而是可以在动态过程中，根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关,这就使得滑模控制具有快速响应、对应参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点。 原理： 滑模变结构控制的原理，是根据系统所期望的动态特性来设计系统的切换超平面，通过滑动模态控制器使系统状态从超平面之外向切换超平面收束。系统一旦到达切换超平面，控制作用将保证系统沿切换超平面到达系统原点，这一沿切换超平面向原点滑动的过程称为滑模控制。由于系统的特性和参数只取决于设计的切换超平面而与外界干扰没有关系，所以滑模变结构控制具有很强的鲁棒性。所设计的切换超平面需满足达到条件，即系统在滑模平面后将保持在该平面的条件。现在以N维状态空间模型为例，采用极点配置方法得到M(N Ｖ０１．３３，Ｎｏ．１１火力与指挥控制。第３３卷第１１期Ｎｏｖｅｍｂｅｒ．２００８ＦｉｒｅＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ２００８年１１月 文章编号：１００２一０６４０（２００８）１１—０１１６－０４ 某飞翼无人机自适应滑模控制系统 李红增 （西北工业大学自动化学院，陕西西安７１００７２） 摘要：针对某飞翼布局无人机提出了一种连续滑模变结构控制的容错控制策略。由于滑动模态下的系统对匹配建模误差和匹配扰动具有完全的鲁棒性，故无人机的作动器故障和气动面的损坏等可以看作为一种扰动或者是未知的系统参数变化，利用滑动模态自身的鲁棒性实现系统的故障容错。并且滑模控制系统根据作动器的偏转角度限制，自适应地调整边界层厚度，避免作动器的饱和。其次，对多冗余控制面设计了相应的优化控制分配算法。最后，在仿真中证明该系统有较强的鲁棒性和较高的跟踪精度。 关键词：滑模控制，飞行控制，飞翼无人机，控制分配 中图分类号：Ｖ２４９．１文献标识码：Ａ ＦｌｙｉｎｇＷｉｎｇＵＡＶＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＦｌｉｇｈｔＣｏｎｔｒｏｌＵｓｉｎｇＳｌｉｄｉｎｇＭｏｄｅ ＬＩＨｏｎｇ－ｚｅｎｇ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｘｉ’ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｒｏｂｕｓｔｆｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｄｅｓｉｇｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｆｌｙｉｎｇｗｉｎｇＵＡＶｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｉｓｗｏｒｋ．Ｏｎ—ｌｉｎｅｄａｍａｇｅ（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｉｓｎｏｔｒｅｑｕｉｒｅｄ．ｔｈｅｆａｕｌｔｏｆａｃｔｕａｔｏｒｓａｎｄｄａｍａｇｅｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｕｒｆａｃｅｓａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓａｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｒｕｎｅｘｐｅｃｔｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｃｈａｎｇｅｗｈｉｃｈｄｅｇｒａｄｅｓｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｒｍａｙｄｅｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ｆｏｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｎｔｈｅｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｓｕｒｆａｃｅｉｓｒｏｂｕｓｔｔｏｔｈｅｍａｔｃｈｅｄｕｎｍｏｌｄｅｄｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｍａｔｃｈｅｄｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ，ＳＯｔｈｅｆｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｗｈｅｎｓｏｍｅｆａｕｌｔｏｆａｃｔｕａｔｏｒｓａｎｄｄａｍａｇｅｏｆｃｏｎｔｒｏｌ ｓｕｒｆａｃｅｓａｒｉｓｅ．Ｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｓｒｅｇｕｌａｔｅａｄａｐｔｉｖｅｌｙａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｌｉｍｉｔｓｏｆａｃｔｕａｔｏｒｓｔｏｐｒｅｖｅｎｔｔｈｅｗｉｎｄｕｐｏｆａｃｔｕａｔｏｒｓ．ＡｎｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌａｌｌｏｃａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｅｍｐｌｏｙｅｄｆｏｒｔｈｅｒｅｄｕｎｄａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔｏｒｓｏｆＵＡＶ．ＡｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｆｌｙｉｎｇｗｉｎｇＵＡＶｉｓｕｓｅｄｔｏｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈｅａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌｔｏａｄｄｒｅｓｓａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｕｒｆａｃｅｆａｉｌｕｒｅｓａｎｄａｃｔｕａｔｏｒｆａｕｌｔｄｕｒｉｎｇｅｘｅｃｕｔｉｏｎｏｆｆｌｉｇｈｔｍａｎｅｕｖｅｒｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔｉｔｈａｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｔｒａｃｋｉｎｇａｎｄｒｏｂｕｓｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｆｌｙｉｎｇｗｉｎｇＵＡＶ，ｆｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌ，ｃｏｎｔｒｏｌａｌｌｏｃａｔｉｏｎ 言 飞翼布局无人机没有常规的机身和尾翼，所有的部件都包含在一个翼身融合的机翼内，无尾和全翼是飞翼布局无人机的两个基本特征。 收稿日期：２００７—０９—２９修回日期：２００７—１２—３０ 作者简介：李红增（１９７９一），男，河北无极人，博士，主要从事飞行控制，智能控制方面的研究。 国外已经设计了很多的飞翼布局的无人机，如著名的Ｈｏｒｔｅｎ系列飞翼飞机，ＹＢ一４９，Ａ一１２，Ｂ一２隐形轰炸机，“暗星”无人机等等。其研制时间都很长，主要原因是飞翼布局飞机航向稳定性和纵向操纵性很难解决。国内目前还没有成熟的飞翼布局飞机。 翼身融合构型从气动外形上看，飞机整体就是一个升力面，这增加了升力面积。而且无尾布局又避免了尾翼带来的附加阻力，降低了机身的结构重量和雷达反射面积，提高了系统的续航能力和隐身能 万方数据 倒立摆系统的自适应 滑模控制方法研究 学生姓名：刘家坤 指导教师：郝立颖（讲师）专业名称：自动化 所在学院：信息工程学院 2014年6月 目录 摘要................................................................................................................................ I I Abstract ......................................................................................................................... I II 第一章前言 (1) 1.1 课题的研究目的及意义 (1) 1.2课题的发展以及研究现状 (1) 1.3存在问题与解决方法 (1) 1.4论文的内容安排 (2) 第二章倒立摆系统 (3) 2.1倒立摆系统的的研究背景 (3) 2.2倒立摆系统的组成 (3) 2.3倒立摆系统的原理 (5) 2.4倒立摆的建模与受力分析 (6) 第三章滑模控制理论 (9) 3.1滑模控制的发展及背景 (9) 3.2滑模控制的研究方法与基本原理 (9) 3.3滑模面的设计 (11) 3.4消除抖振的方法 (12) 第四章自适应控制理论 (15) 4.1自适应控制的背景 (15) 4.2自适应控制的基本原理 (15) 4.3系统稳定性研究 (16) 第五章倒立摆的自适应滑模控制设计与仿真 (18) 5.1建立倒立摆系统动态方程 (18) 5.2自适应滑模控制器的设计 (19) 5.3对倒立摆系统进行仿真 (20) 5.4仿真实例研究 (20) 5.5仿真结果图的分析 (23) 第六章结论 (26) 6.1.总结分析 (26) 6.2研究展望 (26) 致谢 (27) 参考文献 (28) 附录 (29) 1.主程序为 (29) 2.子程序为 (30) 滑模变结构控制 【原理，优点，意义，步骤，特点】 变结构控制系统的特征是具有一套反馈控制律和一个决策规则，该决策规则就是所谓的切换函数，将其作为输入来衡量当前系统的运动状态，并决定在该瞬间系统所应采取的反馈控制律，结果形成了变结构控制系统。该变结构系统由若干个子系统连接而成，每个子系统有其固定的控制结构且仅在特定的区域内起作用。引进这种变结构特性的优势之一是系统具有每一个结构有用的特性，并可进一步使系统具有单独每个结构都没有的新的特性，这种新的特性即是变结构系统的滑动模态。滑动模态的存在，使得系统在滑动模态下不仅保持对系统结构不确定性、参数不确定性以及外界干扰等不确定性因素的鲁棒性，而且可以获得较为满意的动态性能。迄今为止，变结构控制理论已经历了50年的发展历程，形成了自己的体系，成为自动控制系统中一种一般的设计方法。它适用的控制任务有镇定与运动跟踪等。滑模控制(sliding mode control, SMC)也叫变结构控制，本质上是一类特殊的非线性控制，且非线性表现为控制的不连续性。这种控制策略与其他控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定,而是可以在动态过程中，根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关,这就使 得滑模控制具有快速响应、对应参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点。原理：滑模变结构控制的原理，是根据系统所期望的动态特性来设计系统的切换超平面，通过滑动模态控制器使系统状态从超平面之外向切换超平面收束。系统一旦到达切换超平面，控制作用将保证系统沿切换超平面到达系统原点，这一沿切换超平面向原点滑动的过程称为滑模控制。由于系统的特性和参数只取决于设计的切换超平面而与外界干扰没有关系，所以滑模变结构控制具有很强的鲁棒性。所设计的切换超平面需满足达到条件，即系统在滑模平面后将保持在该平面的条件。现在以N维状态空间模型为例，采用极点配置方法得到M(N 滑模变结构理论 一、引言 滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制,其非线性表现为控制的不连续性,这种控制策略与其它控制的不同之处在于系统的“结 构”并不固定,而是可以在动态过程中根据系统当前的状态(如偏差及其 各阶导数等)有目的地不断变化,迫使系统按照预定“滑动模态”的状态 轨迹运动。由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关,这就使 得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线 辩识,物理实现简单等优点。该方法的缺点在于当状态轨迹到达滑模面后,难于严格地沿着滑模面向着平衡点滑动,而是在滑模面两侧来回穿越, 从而产生颤动。滑模变结构控制出现于20世纪50年代,经历了 50余年 的发展,已形成了一个相对独立的研究分支,成为自动控制系统的一种一 般的设计方法。以滑模为基础的变结构控制系统理论经历了 3个发展阶 段.第1阶段为以误差及其导数为状态变量研究单输入单输出线性对象的 变结构控制; 20世纪60年代末开始了变结构控制理论研究的第2阶段, 研究的对象扩大到多输入多输出系统和非线性系统;进入80年代以来, 随着计算机、大功率电子切换器件、机器人及电机等技术的迅速发展, 变 结构控制的理论和应用研究开始进入了一个新的阶段, 所研究的对象已 涉及到离散系统、分布参数系统、滞后系统、非线性大系统及非完整力 学系统等众多复杂系统, 同时,自适应控制、神经网络、模糊控制及遗传 算法等先进方法也被应用于滑模变结构控制系统的设计中。 二、基本原理 带有滑动模态的变结构控制叫做滑模变结构控制(滑模控制)。所谓滑动模态是指系统的状态被限制在某一子流形上运动。通常情况下,系统 的初始状态未必在该子流形上,变结构控制器的作用在于将系统的状态 轨迹于有限时间内趋使到并维持在该子流形上,这个过程称为可达性。系 统的状态轨迹在滑动模态上运动并最终趋于原点,这个过程称为滑模运 动。滑模运动的优点在于,系统对不确定参数和匹配干扰完全不敏感。下 图简要地描述了滑模变结构控制系统的运动过程,其中S(t)为构造的切 换函数(滑模函数), S(t)=0为滑模面。 图1 滑模控制(sliding mode control, SMC)也叫变结构控制, 其本质上是一类特殊的非线性控制,且非线性表现为控制的不连续性. 这种控制策略与其他控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定,而是可以在动态过程中,根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化,迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动. 由于滑动模态可以进行设计且与对象 参数及扰动无关,这就使得滑模控制具有快速响应、对应参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点. 滑模变结构控制是根据系统所期望的动态特性来设计系统的切换超平面，通过滑动模态控制器使系统状态从超平面之外向切换超平面收束。系统一旦到达切换超平面，控制作用将保证系统沿切换超平面到达系统原点，这一沿切换超平面向原点滑动的过程称为滑模控制。由于系统的特性和参数只取决于设计的切换超平面而与外界干扰没有关系，所以滑模变结构控制具有很强的鲁棒性。超平面的设计方法有极点配置，特征向量配置设计法，最优化设计方法等，所设计的切换超平面需满足达到条件，即系统在滑模平面后将保持在该平面的条件。控制器的设计有固定顺序控制器设计、自由顺序控制器设计和最终滑动控制器设计等设计方法[1]。现在以N维状态空间模型为例，采用极点配置方法得到M(N某飞翼无人机自适应滑模控制系统
倒立摆系统滑模自适应控制
滑模变结构控制
滑模控制
滑模控制
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