滑模变结构控制理论学习报告.doc

滑模变结构控制理论学习报告 专业：电力电子与电力传动 姓名：张超 学号：S10080804023 1滑膜变结构控制的发展历史现状及基本定义 自从1948年，作为控制论创始人的N.维纳通过《控制论》一书奠定了控制论的基础以来，自动控制理论获得了日新月异的发展。在国民经济、航天航空、国防建设以及日常生活等各个领域，控制理论得到了广泛的应用。控制系统在科学与技术的发展过程中起着关键的作用，自动控制理论取得的成就是惊人的，影响是巨大的。在控制领域发展的现阶段，由于其它相关学科的发展，也由于现时和将来应用的需求，以及基本概念和思想的发展水平所推动，自动控制理论遇到了前所未有的挑战。多变量系统、不确定性因素、未建模动态、鲁棒性等一系列问题促使控制系统的分析与设计变得日益复杂、困难。此外，控制理论在工程中的成功运用与工程实践对控制理论提出的严峻挑战这一矛盾的不断激化与解决，亦大大促进了控制理论的发展。 从原理上看，不确定性对象是由一族系统描述的控制对象，对它的控制则是对一族系统的控制。无论是经典控制方案、多变量频域控制方案，还是鲁棒控制方案，毕竟都局限于固定结构的控制方法，以固定结构的控制器去控制一类系统。在这种情况下，要使闭环系统能正常工作，以不变应万变，远非易事，往往会显得被动和难以适应。随着数学理论和计算机技术的飞速发展，对控制系统内在物理过程的描述更加精确，控制算法的工程实现能力亦大为提高，因此，为了增强控制系统对不确定性因素的稳定鲁棒性，并赋予高的性能指标，突破固定控制结构的框架，在可能且有必要采用变化结构的非线性反馈控制方案。二十世纪五十年代由前苏联学者Emelyanov 提出的变结构控制（ Variable Structure Control,VSC）方案，以其独特的优点，为不确定性系统提供了一种很有前途的控制系综合方法。“变结构”一词意味着控制器的结构有可能会发生变化。从广义上看，目前变结构系统主要有两类：一类是具有滑动模态的变结构系统；另一类是不具有滑动模态的变结构系统。一般变结构系统均指前者，这是由于具有滑动模态的变结构系统不仅对系统的不确定性因素具有较强的稳定鲁棒性和抗干扰性，而且可以通过滑动模态的设计获得满意的动态品质，同时控制简单，易于实现，所以基于滑动模态的变结构控制系统在国际上受到了广泛重视 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, 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。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：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。 第2阶段：20世纪60年代末开始了变结构控制理论研究的研究的对象扩大到多输入多输出系统和非线性系统。 第3阶段：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。 滑模控制的优点是能够克服系统的不确定性对干扰和未建模动态具有很强的鲁棒性尤其是对非线性系统的控制具有良好的控制效果。由于变结构控制系统算法简单响应速度快对外界噪声干扰和参数摄动具有鲁棒性，在机器人控制领域得到了广泛的应用也有学者将滑模变结构方法应用于空间机器人控制。变