第四章 滑模变结构控制.pdf

第四章 滑模变结构控制 20世纪50年代末，苏联学者叶米亚诺夫(Emelyanov)等人 首先提出了滑模控制方法，后经乌特金(Utkin)等人进一步研 究，现已发展成为自成体系的非线性控制系统的设计方法。 滑模控制是变结构控制系统的一种控制策略。这种控制与 常规控制的根本区别在于控制的不连续性，即一种使系统“结 构”随时间变化的控制方法。 滑模控制可以用于多种线性及非线性系统，构成滑模控 制系统，目前已广泛应用于各种工业控制对象之中。 4.1 变结构系统的基本概念 1.变结构系统的定义 广义地说，在控制过程(或瞬态过程)中，系统结构(或叫 模型)可发生变化的系统，叫变结构系统。 1 实例1: 一般意义下的变结构系统 2 在上例中，a是根据x x 的符号来切换的，它并不维持不 1、 2 变，但只在间断的时刻切换。这个系统，满足广义变结构系 统的定义，但是，像这样一些广义的变结构系统还很多。 2.滑动模态变结构的概念和定义 本章研究对象是一类特殊的变结构系统，其特殊之处在于， 系统的控制有切换，而且在切换面上系统会沿着固定的轨迹产 生滑动运动。这类特殊的变结构系统，叫滑动模态变结构控制 系统，简称为滑模变结构控制系统。以后提到变结构系统，或 变结构控制，除非有特殊说明，都是指的这一类有滑动模态的 变结构系统。 A.滑动模态的概念 3 4 针对上面控制器，如果任意选择一种情况做系统设计的 控制规律，原系统都无法达到稳定。即原点要么是不稳定的 焦点，那么是不稳定的鞍点。 5 6 其结构改变的规律具有如下形式： 实例: 滑动模态的概念 7 8 9 B. 滑动模态变结构的定义 有了上述概念之后，可以给出大家公认的变结构控制系统 的定义。 10 C. 变结构控制系统设计的问题 切换函数的选择 11 D. 变结构控制系统设计的目标 设计的目标有3个，即变结构控制的三个要素: (1) 所有轨迹于有限的时间内达到切换面; (2) 切换面存在滑动模态区 (3) 滑动运动是渐近稳定的，并具有良好的动态品质。 12 进入切换线的运动情况