滑模控制分类

滑模变结构控制姓名：学号：班级：滑模变结构控制滑模变结构控制是前苏联学者Emeleyanov, Ut-kin, Itkin 在20世纪60年代初提出的一种控制方法,其本质是一类特殊的非线性控制,与常规控制的根本区别在于控制的不连续性,即一种使控制系统结构随时间变化的开关特性。

该控制特性可以迫使系统的状态被限制在某一子流形上运动,即“滑动模态”运动。

这种滑动模态是可以设计的,并且与系统的参数摄动和外界扰动完全无关。

这样,处于滑模运动的系统就具有很好的鲁棒性。

但滑模变结构控制存在一个严重的缺点,即抖振。

由于抖振很容易激发系统的未建模特性,从而影响了系统的控制性能,给滑模变结构控制的实际应用带来了困难。

近年来,在机器人控制、电机伺服控制等复杂的非线性控制系统中,滑模变结构控制因为其强鲁棒性而得到广泛应用和发展。

[1] 现以滑模变结构控制在Buck 电路中的应用为例进行分析：1．建立Buck 电路的标准化模型[2]图1 Buck 电路考虑DC-DC 变换器为单输入控制系统，设其状态空间方程为：()()xf xg x u =+ ,(),(),{0,1}n n nx R f x R g x R u ∈∈∈∈ （1） ()f x ，()g x 为平滑矢量场；X —系统状态偏差及各阶导数或积分所构成的n 维向量。

确定滑模面函数：()T S x K x = n x R ∈ （2） 12()[(),(),...,()]T m S x S x S x S x =；12[,,...,]T T T T m K K K K =n x R ∈.给定滑模面函数后,需要通过选择控制开关,使系统快速到达滑模面上.由于 DC —DC 变换器本身的特点,其控制律 u 只能取 0或 1 ,可选0,0{1,0s u s <=> 即1sgn()2S u += （3） 以输出电压偏差 x1 及其微分 x2 为状态变量,得 CCM 下 Buck 变换器系统建模矩阵方程为：xAx Bu D =++ (4) 设电压参考值ref U 为常数,电容为理想电容,则：0001,,11ref in A B D U U LC RC LC LC ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪=== ⎪ ⎪ ⎪---- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭， {0,1}u ∈ （5）式中: L 电感值;R 负载电阻值;C 电容值;in U 输入电压值。

滑模控制分类滑模控制是一种常用的控制方法，它通过引入滑动面来实现对系统的稳定控制。

在滑模控制的分类中，可以分为离散滑模控制和连续滑模控制两种类型。

离散滑模控制是指在系统的离散时间点上进行控制决策，通过在每个时间点上计算控制量，来实现对系统的控制。

离散滑模控制的特点是简单易实现，对于一些实时性要求不高的系统，可以采用这种方法进行控制。

连续滑模控制是指在系统的连续时间上进行控制决策，通过引入滑动面来实现对系统的控制。

连续滑模控制的特点是可以实现对系统状态的连续控制，对于一些实时性要求较高的系统，可以采用这种方法进行控制。

连续滑模控制在实际应用中具有广泛的应用领域，如机器人控制、电力系统控制等。

在滑模控制的分类中，还可以根据控制对象的不同进行划分。

例如，可以将滑模控制分为单输入单输出（SISO）滑模控制和多输入多输出（MIMO）滑模控制两种类型。

单输入单输出滑模控制是指在系统只有一个输入和一个输出时采用的控制方法，通过设计合适的滑动面和控制律，实现对系统的控制。

多输入多输出滑模控制是指在系统有多个输入和多个输出时采用的控制方法，通过设计合适的滑动面和控制律，实现对系统的控制。

滑模控制是一种在控制领域中广泛应用的控制方法，它具有鲁棒性强、控制效果好等优点，在实际应用中具有广泛的应用前景。

随着科技的不断发展，滑模控制在各个领域中的应用也越来越广泛，可以说滑模控制在现代控制领域中占据着重要的地位。

滑模控制是一种重要的控制方法，它通过引入滑动面来实现对系统的控制。

在滑模控制的分类中，可以根据控制的时间类型和控制对象的不同进行划分。

无论是离散滑模控制还是连续滑模控制，无论是单输入单输出滑模控制还是多输入多输出滑模控制，滑模控制在实际应用中都具有重要的地位和广泛的应用前景。

希望本文对读者对滑模控制的分类有所了解，并能够在实际应用中灵活运用。

1 滑模控制概述变结构系统，广义地说，是在控制过程(或瞬态过程)中，系统结构(或模型)可发生变化的系统。

这种控制方法的特点就在于系统的“结构力不是固定的，而是可以在动态过程中，随着系统的变化，根据当前系统状态，系统的各阶导数和偏差等，使系统按照设计好的“滑动模态”的状态轨迹运动。

由于滑动模态可以进行设计并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、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点。

这种方法的缺点是当系统状态运行到滑模面后，难于严格地沿着滑模面向平衡点滑动，而是在滑模面两侧来回穿越，从而产生抖动。

滑模变结构控制是一种先进的控制方法，文献[34-51]讲述了这种控制方法是20世纪50年代，前苏联学者Emelyanov 首先提出了变结构控制的概念之后，UtkinE 等人进一步发展了变结构理论。

具有滑动模态的变结构系统不仅对外界干扰和参数摄动具有较强的鲁棒性，而且可以通过滑动模态的设计来获得满意的动态品质。

在这种控制方法的初始阶段研究的对象为二阶及单输入的高阶系统，采用的分析方法为相平i 酊法来分析系统特性。

20世纪70年代以来研究对象转变为状态空问的线性系统，使得变结构控制系统设计思想得到了不断丰富，并逐渐成为一个相对独立的研究分支，成为自动控制系统的一种设计方法，适用于线性与非线性系统、连续与离散系统、确定性与不确定性系统、集中参数与分布参数系统、集中控制与分散控制等。

并且在实际工程中逐渐得到推广应用，如电机与电力系统控制、机器人控制、飞机控制、卫星姿态控制等。

这种控制方法通过控制量的切换使系统状态沿着滑模面滑动，使系统在受到参数摄动和外干扰时具有不变性，正是这种特性使得变结构控制方法得到了越来越广泛的应用。

2 滑模控制的基本思想考虑一般的情况，在系统)(.x f x = nR x ∈的状态空间中，有一个切换面是0),,,()(321=⋯⋯=n x x x x s x s 它将状态空间分成上下两部分S>0及S<0。

滑模变结构在滑模中，凡由动力元件和运动元件组成的滑模机构，称为主动滑模；相反，凡由运动元件和定位元件组成的滑模机构，称为从动滑模。

分类：①半自动变结构：分动滑模、定滑模两种。

变位机构由一个移动部件、一个支撑部件和若干个可动元件组成，当工作台按要求移动时，沿着与工作台移动方向垂直的导轨上移动或滑行，通过传感器实现闭环控制。

当某一部件位置偏离工作位置时，系统根据预先设定的极限位置与反馈信号（外环）判断执行元件应该进入工作台的什么位置（内环），并给出指令信号（内环），驱动执行元件到达该位置，完成闭环控制。

这类滑模控制系统简单，成本低，使用范围广，易于实现自动化，但对工作台定位精度有较高要求。

②全自动变结构：分半自动变结构、动滑模、定滑模、动定滑模、定定滑模、全自动滑模六种。

变位机构是由执行元件组成，不再采用传感器，而是由电磁阀控制液压缸的开关来改变机构的位置。

电磁阀根据设定的程序自动控制液压缸的动作。

可用于多品种、小批量的生产场合。

此种滑模结构适应性强，灵活性大，适用于大批量生产的产品装配线。

在日常工作中所见到的全自动滑模系统均属此类。

其缺点是安全保护性能差，故障率较高，机械故障会造成停机，影响生产。

所以，只有部分精密的自动化生产线才选用全自动滑模系统。

在实际中，很多企业在采用自动化设备时，均考虑到设备的维修问题，特别是采用人工的搬运机械手代替人工操作时更是如此，尽管如此，也并不是没有办法解决，那就是设计机械手时，必须充分考虑设备的维修问题。

因此，我们必须要研究更加科学的滑模设计。

这样，就能够让机械手在复杂的工作环境下，还可以安全有效的运行，保证企业生产线的正常进行。

当前市面上最流行的滑模设计已经趋于完善。

滑模变结构控制概述1滑模变结构控制的定义 (1)2滑动模态的存在及到达条件 (2)3滑动模态运动方程 (3)变结构控制是前苏联学者Emeleyanov 、Utkin 、Itkin 在20世纪60年代初提出的一种控制方法。

该方法最初研究的主要是二阶线性系统和单输入高阶系统。

1977年，V.I.Utkin 提出了滑模变结构控制的方法，推动了变结构控制的研究和发展。

后来许多学者也提出了多种变结构控制的设计方法，但只有带滑动模态的变结构控制被认为是最有发展前途的,滑模变结构控制也成为变结构控制的主要内容，有时也简称滑模控制。

滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制，与常规控制的根本区别在于控制的不连续性，即一种使控制系统结构随时间变化的开关特性。

该控制特性可以迫使系统的状态被限制在某一子流形上运动，即所谓的“滑动模态”运动。

这种滑动模态是可以设计的，并且当系统运行在滑动模态时，系统状态与系统的参数摄动和外界扰动完全无关，这种性质称为滑动模态的不变性。

这样，处于滑动模态的系统就具有很好的鲁棒性。

但是滑模变结构控制存在一个严重的缺点就是抖振。

由于抖振很容易激发系统的未建模特性，从而影响了系统的控制性能，给滑模变结构控制的实际应用带来了困难。

1滑模变结构控制的定义对于任一非线性系统，可以表示为：(),, ,,n n n x f x u t x R u R t R =∈∈∈ （1） 如果存在一个滑动流形()0s x =，并且在该流形的某一区域对于非线性系统的运动是“吸引”区，即系统一旦运动到该区域附近就会被“吸引”并保留在该区域内运动，此时称在该区域为滑动模态区，简称为滑模区。

系统在滑模区中的运动就叫做滑模运动。

此流形()0s x =称为滑模面或者切换面。

滑模变结构控制的基本问题是需要确定滑模面函数或切换函数：()0s x = s n R ∈ （2）并且设计控制函数或者控制律()()()() s 0 s 0u x x u u x x +-⎧>⎪=⎨<⎪⎩ （3） 其中，()()u x u x +-≠，使得(1)滑动模态存在。

滑模控制和滑膜变结构控制1. 引言滑模控制和滑膜变结构控制是现代控制理论中重要的控制策略，广泛应用于各个领域的控制系统中。

滑模控制通过引入一个滑模面来实现系统的稳定性和鲁棒性；滑膜变结构控制通过在线调整系统的结构以适应不确定性和外部扰动。

2. 滑模控制滑模控制最早由俄罗斯科学家阿莫斯特芬于1968年提出，并在1974年得到了进一步的发展。

滑模控制通过引入一个滑模面，将系统状态从非线性区域滑到线性区域，从而实现系统的稳定性和鲁棒性。

2.1 滑模面滑模面是滑模控制的核心概念之一，它通常由一个超平面表示，可以用数学方程描述为：s=Sx其中，s为滑模面，S为一个可逆矩阵，x为系统的状态变量。

2.2 滑模控制律滑模控制律用于调节系统状态，以使系统状态滑到滑模面上。

滑模控制律的一般形式可以表示为：u=−S−1B Tλ(s)其中，u为控制输入，B为输入矩阵，λ(s)为滑模曲线。

2.3 滑模控制的优点滑模控制具有以下几个优点：•鲁棒性强：滑模控制能够在面对参数扰动和外部干扰时保持系统的稳定性。

•快速响应：由于滑模面能够将系统状态快速滑到线性区域，使得系统具有快速响应的特性。

•无需精确模型：滑模控制不需要系统的精确模型，因此对于复杂系统的控制较为便捷。

3. 滑膜变结构控制滑膜变结构控制（SMC）由美国科学家丹尼尔·尤斯托曼在20世纪90年代末提出，是一种基于滑模控制的新型控制策略。

滑膜变结构控制通过在线调整系统的结构以适应不确定性和外部扰动，从而提高系统的鲁棒性和性能。

3.1 滑膜设计滑膜变结构控制的关键是设计一个合适的滑膜来响应系统的不确定性和扰动。

滑膜通常由一个或多个滑模面组成，通过在线调整滑膜的参数，可以适应不同的工作条件和控制要求。

3.2 滑膜变结构控制律滑膜变结构控制律的一般形式可以表示为：u=−K(θ)s−δ(θ)sign(s)其中，u为控制输入，K(θ)和δ(θ)分别为滑膜参数和输出增益，θ为参数向量，s为滑模曲线。

滑模控制滑模变结构理论⼀、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。