1、滑模變結構控制簡介
變結構控制( Variable Structure Control,VSC)本質上是一類特殊的非線性控制,其非線性表現為控制的不連續性;這種控制策略與其他控制的不同之處在於系統的“結構”並不固定,而是可以在動態過程中,根據系統當前的狀態(如偏差及其各階導數等),有目的地不斷變化,迫使系統按照預定“滑動模態”的狀態軌跡運動,所以又常稱變結構控制為滑動模態控制( Sliding Mode Control,SMC),即滑模變結構控制。由於滑動模態可以進行設計且與對象參數及擾動無關,這就使得變結構控制具有快速響應、對參數變化及擾動不靈敏、無須系統在線辦識,物理實現簡單等優點。該方法的缺點在於當狀態軌跡到達滑模面后,難於嚴格地沿着滑面向着平衡點滑動,而是在滑模面兩側來回穿越,從而產生顫動。
總之,抖振產生的原因在於:當系統的軌跡到達切換面時,其速度是有限大,慣性使運動點穿越切換面,從而最終形成抖振,疊加在理想的滑動模態上。對於實際的計算機采樣系統而言,計算機的高速邏輯轉換及高精度的數值運算使得切換開關本身的時間及空間滯后影響幾乎不存在;因此,開關的切換動作所造成控制的不連續性是抖振發生的本質原因。
2、未建模動態
按照我的理解,在控制系統中,我們往往面對的是高階的系統,而我們的分析和設計常常面對的是低階的系統,即所謂的用低階系統來近似模擬高階系統的特性。通常我們能通過低階系統獲得與高階系統相近似的動態性能。注意這里說的是近似的,也就是說高階系統還有一部分動態性能我們用低階系統來分析時會忽略掉。而忽略的這部分就是未建模動態。
3、滑模變結構控制基本原理
滑模變結構控制是變結構控制系統的一種控制策略。這種控制策略與常規控制的根本區別在於控制的不連續性,即一種使系統“結構”隨時間變化的開關特性。該控制特性可以迫使系統在一定特性下沿規定的狀態軌跡作小幅度、高頻率的上下運動,即所謂的滑動模態或“滑模”運動。這種滑動模態是可以設計的,且與系統的參數及擾動無關。這樣,處於滑模運動的系統就具有很好的魯棒性。
4、赫爾維茨多項式(Hurwitz polynomial)
赫爾維茨多項式(Hurwitz polynomial)因德國數學家阿道夫赫爾維茨得名,它是一個多項式 ,其系數是正實數 ,其根部位於復平面的左半平面或虛軸上,即根的實數部分是零或負的
5、滑模控制的工程意義
設計滑膜函數為:s(t)=ce(t)+de(t)/dt;e(t)和de(t)/dt分別為跟蹤誤差及其變化率,令s(t)=0,可以得到:e(t)=e(0)exp(-ct),即當t→∞時,誤差指數收斂於零,收斂速度取決於c值