基于滑模变结构控制的

滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究共3篇滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究1滑模变结构控制（Sliding Mode Control，SMC）是一种非线性控制方法，具有高精度、强适应性、鲁棒性好等优点，因此被广泛应用于机器人控制领域。

其基本思想是构造一个滑模面，使系统状态到达该面后就会保持在该面上运动，在保证系统稳定性的同时达到控制目的。

本文将阐述滑模变结构控制的理论基础以及在机器人控制中的应用研究。

一、滑模变结构控制的理论基础1. 滑模面滑模面是滑模控制的核心概念，它是一个虚拟平面，将控制系统的状态分为两个区域：滑模面上和滑模面下。

在滑模面上，系统状态变化很小，具有惯性；而在滑模面下，系统状态变化很大，具有灵敏性。

在滑模控制中，系统状态必须追踪滑模面运动，并保持在滑模面上，进而实现控制目的。

2. 滑模控制定律滑模控制定律是滑模变结构控制的核心之一，主要由滑模控制器和滑模面组成。

滑模控制器将系统状态误差与滑模面上的虚拟控制输入之间做差，生成实际控制输入。

而滑模面则是根据控制目的和系统性质，通过手动选择滑模面的形状和大小来合理地设计。

例如，对于已知模型的系统，可使用小扰动理论来设计滑模面；而对于未知模型的系统，可使用自适应滑模控制来自动调节滑模面。

总体来说，滑模控制定律是一种强鲁棒控制方法，在快速响应、鲁棒性和适应性等方面都表现出色。

3. 滑模变结构控制滑模变结构控制是将滑模控制定律与变结构控制相结合形成的一种新型控制方法。

在滑模变结构控制中，滑模面被用来描述整个系统状态，而滑模控制定律则用来保证系统状态追踪滑模面的过程中，系统特征不会发生大的变化。

换句话说，滑模控制定律的目的是在系统状态到达滑模面后，控制系统能够迅速且平稳地滑过该面，进而保持在滑模面上稳定运动。

二、滑模变结构控制在机器人中的应用研究滑模变结构控制广泛应用于机器人控制领域，例如：机器臂控制、移动机器人控制、人形机器人控制等。

１　概述驱动防滑控制（Acceleration Slip Regulation，ASR）是多轮独立电驱动车辆行驶控制的关键技术，其单轮控制效果将直接影响整车的动力性和稳定性。

与传统机械传动车辆相比，多轮独立电驱动车辆具有全轮独立可控特性[1]，整车机动性和灵活性更高，但车辆的分布式驱动形式对防滑控制策略及算法提出了更高要求。

针对这一问题，国内外学者进行了大量研究。

陈泽宇等[2]提出一种将复杂路面最优滑转率参数估计问题转化为高、低附着路面切换问题的方法，引入了最优滑转率的高估计门限值和低估计门限值，采用逻辑门限控制，控制结构简单，但系统参数固定，对非线性系统控制效果不理想。

陶维辉等[3]提出了利用轮毂电机转矩和角加速度识别最优滑转率的方法，并采用模糊控制算法对车轮滑转率进行控制，优点在于外界干扰对控制效果影响小、鲁棒性强，但模糊控制规则的形成往往依赖于人的经验，控制精度较低。

李亮等[4]提出了一种可变参数的自适应PID控制算法，根据滑转率偏差自适应调整PID参数从而改善PID控制的品质，但由于PID控制自身的局限性容易造成电机输出转矩的剧烈抖动，对电驱动车辆系统的控制效果并不理想。

滑模变结构控制（Sliding Mode Control，SMC）对非线性系统控制的鲁棒性较强，简单滑模变结构控制需要解决的关键问题是减小系统抖振，以避免控制输出高频振动对被控对象硬件造成损害。

本文根据最优滑转率控制的思想，基于滑模变结构控制、降低系统抖振的相关理论，设计了滑模变结构防滑控制器。

在ADAMS/View中搭建多轮独立电驱动车辆动力学模型，并在MATLAB/Simulink中搭建控制器模型，利用机电联合仿真验证控制算法的有效性。

图中，m为整车质量在单轮的分量（按为车辆纵向速度，ω为z为车轮纵向力，其中μ为路面附着w =cvv2为空气阻力。

这里，cvr =cω为车轮的滚动阻力，c为轮胎的滚动阻力系数。

此外，Te为轮毂电机实际输出转矩，r为轮胎有效半径。