資源描述：
《滑模變結(jié)構(gòu)控制概述.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、滑模變結(jié)構(gòu)控制概述1滑模變結(jié)構(gòu)控制的定義12滑動(dòng)模態(tài)的存在及到達(dá)條件23滑動(dòng)模態(tài)運(yùn)動(dòng)方程3變結(jié)構(gòu)控制是前蘇聯(lián)學(xué)者Emeleyanov、Utkin、Itkin在20世紀(jì)60年代初提出的一種控制方法。該方法最初研究的主要是二階線性系統(tǒng)和單輸入高階系統(tǒng)。1977年，V.I.Utkin提出了滑模變結(jié)構(gòu)控制的方法，推動(dòng)了變結(jié)構(gòu)控制的研究和發(fā)展。后來(lái)許多學(xué)者也提出了多種變結(jié)構(gòu)控制的設(shè)計(jì)方法，但只有帶滑動(dòng)模態(tài)的變結(jié)構(gòu)控制被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的,滑模變結(jié)構(gòu)控制也成為變結(jié)構(gòu)控制的主要內(nèi)容，有時(shí)也簡(jiǎn)稱滑?？刂?。滑模變結(jié)構(gòu)
2、控制本質(zhì)上是一類特殊的非線性控制，與常規(guī)控制的根本區(qū)別在于控制的不連續(xù)性，即一種使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的開關(guān)特性。該控制特性可以迫使系統(tǒng)的狀態(tài)被限制在某一子流形上運(yùn)動(dòng)，即所謂的“滑動(dòng)模態(tài)”運(yùn)動(dòng)。這種滑動(dòng)模態(tài)是可以設(shè)計(jì)的，并且當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在滑動(dòng)模態(tài)時(shí)，系統(tǒng)狀態(tài)與系統(tǒng)的參數(shù)攝動(dòng)和外界擾動(dòng)完全無(wú)關(guān)，這種性質(zhì)稱為滑動(dòng)模態(tài)的不變性。這樣，處于滑動(dòng)模態(tài)的系統(tǒng)就具有很好的魯棒性。但是滑模變結(jié)構(gòu)控制存在一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)就是抖振。由于抖振很容易激發(fā)系統(tǒng)的未建模特性，從而影響了系統(tǒng)的控制性能，給滑模變結(jié)構(gòu)控制的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)
3、了困難。1滑模變結(jié)構(gòu)控制的定義對(duì)于任一非線性系統(tǒng)，可以表示為：（1）如果存在一個(gè)滑動(dòng)流形，并且在該流形的某一區(qū)域?qū)τ诜蔷€性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)是“吸引”區(qū)，即系統(tǒng)一旦運(yùn)動(dòng)到該區(qū)域附近就會(huì)被“吸引”并保留在該區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)稱在該區(qū)域?yàn)榛瑒?dòng)模態(tài)區(qū)，簡(jiǎn)稱為滑模區(qū)。系統(tǒng)在滑模區(qū)中的運(yùn)動(dòng)就叫做滑模運(yùn)動(dòng)。此流形稱為滑模面或者切換面?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制的基本問題是需要確定滑模面函數(shù)或切換函數(shù)：（2）并且設(shè)計(jì)控制函數(shù)或者控制律（3）其中，，使得(1)滑動(dòng)模態(tài)存在。(2)滿足可達(dá)性條件，在切換面以外的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)都將于有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)切換
4、面。(3)保證滑模運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。(4)達(dá)到控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)要求。上面的前三點(diǎn)是滑模變結(jié)構(gòu)控制的三個(gè)基本問題，只有滿足了這三個(gè)條件的控制才叫滑模變結(jié)構(gòu)控制。而這三個(gè)基本問題可以歸納為兩個(gè)設(shè)計(jì)問題：選擇滑模面和設(shè)計(jì)控制u。2滑動(dòng)模態(tài)的存在及到達(dá)條件為了實(shí)現(xiàn)滑?？刂?，必須使滑動(dòng)模態(tài)存在。按照滑動(dòng)模態(tài)的定義，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)到滑模面附近時(shí)，必有（4）式(4)也可以寫成（5）式(4)和(5)稱為滑動(dòng)模態(tài)存在的條件。當(dāng)系統(tǒng)滿足滑動(dòng)模態(tài)存在條件時(shí)，在滑模面的鄰域內(nèi)，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡將在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑模面。所以該條件也稱
5、為局部到達(dá)條件。如果系統(tǒng)的初始點(diǎn)不在滑模面附近，而是在狀態(tài)空間的任意位置，此時(shí)要求滑模面必須在整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)空間內(nèi)具有“吸引”能力，則滑動(dòng)模態(tài)的全局到達(dá)條件是（6）為了保證在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑模面，避免漸近趨近，一般對(duì)式(6)修改為（7）其中可以取任意小的實(shí)數(shù)。通常將式(3-6)表示成李亞普諾夫函數(shù)型的到達(dá)條件：（8）3滑動(dòng)模態(tài)運(yùn)動(dòng)方程對(duì)于式(3-1)的非線性系統(tǒng)，如果能夠達(dá)到理想的滑動(dòng)模態(tài)運(yùn)動(dòng)，那么應(yīng)該滿足s=0和=0。此時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為：（9）解方程(9)就可以得到系統(tǒng)滑模運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，系統(tǒng)將沿
6、滑模面到達(dá)平衡點(diǎn)。此時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)的建模誤差和外界干擾完全無(wú)關(guān)，這種性質(zhì)稱為滑動(dòng)模態(tài)的不變性，這也是滑模控制受到重視的重要原因。當(dāng)系統(tǒng)保持滑模運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型已知，則系統(tǒng)需要的控制律滿足方程，即：（10）如果式(10)的解存在，則將式(3-10)的解u稱為系統(tǒng)在滑動(dòng)模態(tài)區(qū)的等效控制。等效控制往往是針對(duì)確定性系統(tǒng)在無(wú)外加干擾情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)的。但這是理想情況，實(shí)際上是不可能的。當(dāng)系統(tǒng)存在不確定性和外加干擾時(shí)，一般采用的控制律為等效控制加切換控制，即：（11）其中，切換控制實(shí)現(xiàn)對(duì)不確定性和外加
7、干擾的魯棒控制，所設(shè)計(jì)的控制律需要滿足滑?？刂频牡竭_(dá)條件。理論上，當(dāng)系統(tǒng)的控制律滿足到達(dá)條件時(shí)，系統(tǒng)將保持滑模運(yùn)動(dòng)。但這是對(duì)一個(gè)滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的理想化，是假設(shè)控制系統(tǒng)具有以下理想特性：(1)控制系統(tǒng)的輸出開關(guān)具有無(wú)時(shí)間滯后的理想特性。(2)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的測(cè)量準(zhǔn)確無(wú)誤。(3)控制量沒有限制。實(shí)際上，由于以下原因，滑模變結(jié)構(gòu)控制在滑動(dòng)模態(tài)下將產(chǎn)生抖振：(1)滑模控制律的不連續(xù)性。(2)系統(tǒng)測(cè)量環(huán)節(jié)的時(shí)間滯后和不連續(xù)性：由于任何測(cè)量電路都存在“死區(qū)”，所以對(duì)滑模面的測(cè)量會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)。另外，對(duì)于實(shí)際的計(jì)算機(jī)
8、采樣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)采樣數(shù)據(jù)的濾波、分析也會(huì)使計(jì)算得到的測(cè)量值產(chǎn)生時(shí)間滯后。(3)輸出開關(guān)的滯后作用：由于輸出開關(guān)的時(shí)間滯后，控制作用對(duì)狀態(tài)的準(zhǔn)確變化被延遲一定的時(shí)間，也使光滑的滑模面疊加上雜波。(4)系統(tǒng)慣性的影響：由于任何物理系統(tǒng)的能量都不可能無(wú)限大，因此系統(tǒng)的控制力也不能無(wú)限大，這就使系統(tǒng)的加速度有限。另外，系統(tǒng)慣性總是存在的，所以使得控制輸出具有滯后作用。(5)離散系統(tǒng)本身造成的抖振：由于實(shí)際的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)本身是一個(gè)離散系統(tǒng)，其切換動(dòng)作不可能正好發(fā)
