滑模变结构控制理论进展综述.pdf

综述与评论化工自动化及仪表，2O06，33(2)：1—8
ControlandInstrumentsinChemicalIndustry

滑模变结构控制理论进展综述

张晓宇，苏宏业

(浙江大学先进控制研究所工业控制技术国家重点实验室，杭州310027)

摘要：重点评述近年来滑模变结构控制理论取得的新进展。主要包括各种滑模面的研究，滑模到达条件以
及相应的各种控制器非线性结构等，还介绍了自适应理论与滑模控制理论的综合研究蛄果以厦其它交叉性研究，
对各种方法的优缺点进行评述，并分析了其今后可能的研究内容和方向。
关键谰：变姑构控制；滑模控制；综述
中圈分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1000-3932(2006)02-0001-08

1引盲统状态的线性函数(下文中如不标明，——控制
1953年，Wunch的博士学位论文中出现了“改律；*——泛指系统状态；e——跟踪误差；s——滑
变系统结构”这一思想¨]。之后诸多前苏联学者将模；C——泛指滑模系数；A、B、D——系统参数矩
这一思想应用到了控制系统中进行研究。文献[2—4]阵；，、g——泛指系统非线性动态函数；其它符号如
首先提出变结构控制系统(VSCS)的概念，并且逐步不作说明均为控制器待设计参数。)：
形成了一个新的控制系统综合方法。文献[5一l0]5()=(1)
在此基础上进一步发展、完善变结构控制理论。到随后的研究大部分是基于线性滑模面的。与此
了80年代中后期，线性系统的变结构控制理论得到同时，基于线性滑模面对非线性系统的滑模控制研
充分的完善。究也取得了很大的进展。一般地，线性滑模面也有
滑模变结构控制理论(SMC)是变结构控制理论如下结构u：
的主要理论体系。它已经形成了一整套综合系统的s=(告+～(A>0)(2)
独立理论，包括滑动模态的设计方法，控制器的各种
对于仿射非线性系统，这个滑模面直到目前还
综合方法，系统的稳定性分析，系统的到达条件等。
被许多学者所应用。
而此时，工程实践已经对控制理论提出了更高的要
线性结构的滑模面能充分满足线性系统控制性
求。控制对象的复杂程度日渐增加，控制系统的非
能的设计要求，使得系统处于滑动模态时稳定性分
线性日益严重。不确定性系统的控制问题已经被鲁
析简洁、方便，其参数设计也容易。直到目前许多关
棒控制、自适应控制等理论领域所研究，非线性系统
于滑模控制的研究仍然采用线性滑模面。但是线性
的控制问题已经引起了许多学者的重视；变结构控
的滑模通常在复杂非线性系统面前无能为力，在处
制理论恰恰是解决非线性系统控制问题很好的一种
理抖振问题时也没有太大益处。
方法。滑模控制的基本原理和理论可参见文献[5，
2．2非线性滑模面
9，11]。近年来滑模变结构控制理论研究备受关注，
2．2．1二次切换线
研究结果主要集中在：①基于各种滑模面的研究；②二次滑模是指滑模结构为状态的二次函数，如：
滑模到达条件；③控制器的各种非线性结构；④变结5()=，(3)
构自适应控制及其它交叉研究。
这里有多个切换线，但是并不是所有的切换线
2各种滑模面都产生滑动运动。一般情况下这种二次犁滑模所设
在理论上，只要使系统在滑动模态稳定，并且保
计的变结构控制律都是变系数反馈的结构。
留滑模变结构控制系统的各种性质，滑模面可以有二次型滑模近来已少有学者研究。基于=次型
不同的结构。因此，许多学者提出了各种各样的滑滑模面的控制系统，其稳定性分析复杂，参数难以设
模面

2．1线性滑模面收藕日期．2oo6m-27({j}改稿)
滑模变结构控制发展初期，系统的滑模都是系基金项目：国家自然科学基金资助项目(60421002)

·2·化工自动化及仪表第33卷

计，因此基于这种滑模的研究以后也不会多见。但是连续二阶滑模的缺点是系统的降阶特性不复存
2．2．2分段线性滑模在，在某些程度上降低了系统的鲁棒性和抗干扰性
三段非线性(TSSM)切换函数是指在每一段，滑能。因此，基于连续二阶滑模的研究中，对于系统鲁
模面是连续的，每一段有线性结构，也有非线性结棒性和抗干扰性分析、增广系统的原系统中存在干
构，如下式：扰或未建模动态时滑模的不变性分析等都有待于进

sn=cnn2+一
n一nO步研究。

=+A‘2．2．4终态滑模
3凸昌cn+盘(4)近年来出现了终态滑模(TerminalSlidingMode，
式中：n。——状态的初始值；A——设计参数，TSM)的滑模综合方法，并且得到了很快的发展。
若d0>0，贝0A‘>0；若fl0<0，贝0A<0。Terminal一词最初是神经网络理论中的有关“吸引
这种滑模是将滑模s的运动分为三段：加速阶因子”的概念。TSM方法本质上属于最终滑动模态
段、恒速阶段、减速阶段。文献[14]将此种