滑模变结构控制.ppt

滑模变结构控制滑模变结构控制基础1.1滑模变结构控制简介
1.1.2滑动模态定义
人为设定一经过平衡点的相轨迹，通过适当设计，系统状态点沿着此相轨迹渐近稳定到平衡点，或形象地称为滑向平衡点的一种运动，滑动模态的”滑动“二字即来源于此。
1.1.3系统结构定义
系统的一种模型，即由某一组数学方程描述的模型，称为系统的一种结构，系统有几种不同的结构，就是说它有几种(组)不同数学表达式表达的模型。

1.1.4滑模控制优点
滑动模态可以设计且与对象参数和扰动无关，具有快速响应、对参数变化和扰动不灵敏（鲁棒性）、无须系统在线辨识、物理实现简单。

1.1.5滑模控制缺点
当状态轨迹到达滑动模态面后，难以严格沿着滑动模态面向平衡点滑动，而是在其两侧来回穿越地趋近平衡点，从而产生抖振——滑模控制实际应用中的主要障碍。
20世纪50年代：
前苏联学者Utkin和Emelyanov提出了变结构控制的概念，研究对象：二阶线性系统。
20世纪60年代：
研究对象：高阶线性单输入单输出系统。主要讨论高阶线性系统在线性切换函数下控制受限与不受限及二次型切换函数的情况。
1977年：
Utkin发表一篇有关变结构控制方面的综述论文，系统提出变结构控制VSC和滑模控制SMC的方法。此后
各国学者开始研究多维滑模变结构控制系统，由规范空间扩展到了更一般的状态空间中。
我国学者贡献：
高为炳院士等首先提出趋近律的概念，首次提出了自由递阶的概念。

滑模控制对系统的参数摄动和外部干扰的不变性是以控制量的高频抖振为代价。
1.3.1右端不连续微分方程
一般地，具有右端不连续微分方程的系统可以描述为

其中：是状态的函数，称为切换函数。满足可微分，即存在。微分方程的右端不连续，结构变化得到体现，即根据条件的正负改变结构为一种系统结构，为另一种系统结构。从而满足一定的控制要求。
微分方程在上没有定义，因此需确定其上系统微分方程：

独立变量变为n-1个，滑模面上方程较原方程阶数降低。
我们称为不连续面、滑模面、切换面。它将状态空间分为两部分，如图2.3.1所示。在切换面上的运动点有3种情况。
(1)常点——状态点处在切换面上附近时，从切换面上的这个点穿越切换面而过，切换面上这样的点就称做作常点，如图2.3.1中点A所示。
(2)起点——状态点处在切换面上某点附近时，将从切换面的两边中的一边离开切换面上的这个点，切换面上这样的点就称做作起点，如图2.3.1中点B所示。
(3)止点——状态点处在切换面上某点附近时，将从切换面的两边中的一边趋向该点，切换面上这样的点就称做作止点，如图2.3.1中点C所示。
1.3.1右端不连续微分方程1.3.1右端不连续微分方程1.3.2滑模变结构控制的定义1.3.3二阶滑模变结构控制实例1.3.3二阶滑模变结构控制实例1.3.3二阶滑模变结构控制实例1.3.3二阶滑模变结构控制实例将两个区域的相图叠加得到整个系统的相图，如图2.3.4所示。1.3.3二阶滑模变结构控制实例1.3.4滑模变结构控制的品质滑模变结构控制的品质取决于这两段运动的品质。由于尚不能一次性地改善整个运动过程品质，因而要求选择控制律使正常运动段的品质得到提高。
选择切换函数使滑动模态运动段的品质改善。两段运动各自具有自己的高品质。
选择控制律:使正常运动段的品质得到提高。
选择切换函数:使滑动模态运动段的品质改善。
此处，讨论正常运动段的品质问题（滑动模态运动段由其微分方程决定），要求趋近过程良好，可采用趋近律方法来保证品质。1.3.4滑模变结构控制的品质1.3.5滑模变结构控制的特点1.4滑模变结构控制抖振问题1.5滑模变结构控制的应用