滑模变结构控制方法主要有以下优点:(1)滑动模的动态特性由所选择的切换函数决定。(2)由于滑动模的轨迹限制在维数低于原系统的子空间内,故系统具有降阶的性质。因此,在处理复杂的高价系统时,变结构控制是很有利的。(3)滑动模对于匹配的外部干扰和不确定参数具有不变性。从这些优点可以看出,理论上滑模变结构控制具有较好的鲁棒性,是处理不确定系统的鲁棒控制问题的一种有效途径。但是,事实上,由于切换装置改变所产生的惯性,以及控制过程中的时延,空间的滞后等都会造成实际系统的抖动。抖动的存在可能会对实际系统产生很多不良的影响,会导致系统的不稳定和性能的降低。因此,如何削弱抖动一直是变结构控制中的一个重要问题。
为了消除或削弱滑模变结构控制系统的抖动,国内外学者提出了很多有效的方法。其中比较流行的方法是髙为炳等人在文献[14]中提出的两种形式的滑动模到达规律,在这两种到达规律下,系统能够尽快的到达滑模面进行滑动同时又可减弱系统抖动对实时控制带来的影响。除此之外,就是基于自适应控制,模糊控制,神经网络控制等智能控制技术的滑模变结构控制。如不确定时滞非线性系统的自适应变结构控制律在文献[14]中被提出,这种控制律设计的优越性在于对干扰以及不确定性不需要有上界限制;文献[15]对含状态时滞的摄动线性系统提出了时滞自适应控制方法,使得系统状态轨迹在控制率下趋向于零;文献[16]结合变结构控制和模糊逻辑控制方法,研究了模糊变结构控制方法在高阶系统中的应用,仿真结果验证了这种方法的有效性;文献[17]提出一种基于神经网络的变结构滑模控制方案,最后仿真验证了该种控制方案的鲁棒性,并且能够削弱抖动的发生。
滑模变结构控制理论诞生于1950s,前苏联学者Emelyanov首先提出了变结构控制的概念。在第一阶段,滑模变结构控制的研究对象是单输入单输出系统,采用误差及其各阶导数构成状态空间。在理论上滑动模在规范空间中对参数变化具有不变性,因此具有很大的吸引力。但是在实际应用中,人们发现滑模运动是偏离理想状态的,而且系统的性能和预计性能相差很大。因此,这一阶段关于滑模变结构控制的结构没有受到普遍关注。20世纪60年代末,滑模变结构控制引来了其转折点。在这一阶段,变结构控制的对象从单输入单输出系统扩展到多输入多输出系统,研究不再局限于在规范空间中进行。这一阶段的主要结论是滑模变结构控制对系统的不确定性以及外部干扰具有不变性。滑模变结构控制吸引了许多学者的研究,并且取得了很多优秀的成果。20世纪80年代以后,滑模变结构控制理论得到了飞速发展,即为滑模变结构控制理论的第三个阶段。这一阶段,变结构控制理论及其应用研究都进入了一个新的阶段。引起了国际国内的学者们的广泛研究。滑模变结构控制的研究对象扩展到了非线性系统,离散系统,分布参数系统,广义系统和时滞系统等多种复杂系统中。论文网
滑模变结构控制的鲁棒性主要体现在对系统的匹配的外部干扰和参数变化具有完全的不变性。但是事实上,在实际系统中,外部干扰和不确定性参数都是很难用数学语言精确刻画的,故大部分情况下都不是完全匹配的。因此,如何结合变结构控制的优势设计控制律处理非线性不完全匹配不确定系统的鲁棒控制问题一直以来吸引了很多学者的关注。其中,文献[19]和文献[20]分别对一类不匹配不确定系统提出了滑模H∞控制方法,通过结合滑模控制和H∞干扰抑制来研究系统的鲁棒控制问题。