滑模变结构控制
第 1 页 共 1 页 滑模变结构控制
【原理，优点，意义，步骤，特点】
变结构控制系统的特征是具有一套反馈控制律和一个决策规则，该决策规则就是所谓的切换函数，将其作为输入来衡量当前系统的运动状态，并决定在该瞬间系统所应采取的反馈控制律，结果形成了变结构控制系统。该变结构系统由若干个子系统连接而成，每个子系统有其固定的控制结构且仅在特定的区域内起作用。引进这种变结构特性的优势之一是系统具有每一个结构有用的特性，并可进一步使系统具有单独每个结构都没有的新的特性，这种新的特性即是变结构系统的滑动模态。滑动模态的存在，使得系统在滑动模态下不仅保持对系统结构不确定性、参数不确定性以及外界干扰等不确定性因素的鲁棒性，而且可以获得较为满意的动态性能。迄今为止，变结构控制理论已经历了50年的发展历程，形成了自己的体系，成为自动控制系统中一种一般的设计方法。它适用的控制任务有镇定与运动跟踪等。滑模控制(sliding mode control, SMC)也叫变结构控制，本质上是一类特殊的非线性控制，且非线性表现为控制的不连续性。这种控制策略与其他控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定,而是可以在动态过程中，根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关,这就使
第 1 页 共 1 页 得滑模控制具有快速响应、对应参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点。原理：滑模变结构控制的原理，是根据系统所期望的动态特性来设计系统的切换超平面，通过滑动模态控制器使系统状态从超平面之外向切换超平面收束。系统一旦到达切换超平面，控制作用将保证系统沿切换超平面到达系统原点，这一沿切换超平面向原点滑动的过程称为滑模控制。由于系统的特性和参数只取决于设计的切换超平面而与外界干扰没有关系，所以滑模变结构控制具有很强的鲁棒性。所设计的切换超平面需满足达到条件，即系统在滑模平面后将保持在该平面的条件。现在以N维状态空间模型为例，采用极点配置方法得到M(N 23、、m平面，得到最终的滑模，系统在将在达到条件下保持在该平面，使系统得到期望的性能。优点：滑模控制的优点是能够克服系统的不确定性, 对干扰和未建模动态具有很强的鲁棒性, 尤其是对非线性系统的控制具有良好的控制效果。。由于变结构控制系统算法简单 , 响应速度快 , 对外界噪声干扰和参数摄动 第 1 页 共 1 页 具有鲁棒性，在机器人控制领域得到了广泛的应用 。变结构控制作为非线性控制的重要方法近年来得到了广泛深入的研究 ,其中一个重要的研究分支是抑制切换振颤 ,这方面已取得了不小的进展，提出了等效控制、 切换控制与模糊控制的组合模糊调整控制方法,其中等效控制用来配置极点 ,切换控制用来保证不确定外扰存在下的到达过程 ,模糊调整控制则用来提高控制性能并减少振颤、研究了一类非线性系统的模糊滑模变结构控制方法 ,设计了滑模控制器和 PI控制器的组合模糊逻辑控制器,充分发挥了各控制器的优点、提出了基于有限时间机理的快速 Terminal 滑模控制方法并给出了与普通 Terminal 滑模控制性能的比较、重要意义：受到越来越多的重视、该方法通过自行设计所需的滑模面和等效控制律 ,能快速响应输入的变换 ,而对参数变换和扰动不敏感 ,具有很好的鲁棒性 ,且物理制作简单。其最大优点是滑动模态对加在系统上的干扰和系统的摄动具有完全的自适应性,而且系统状态一旦进入滑模运动,便快速地收敛到控制目标,为时滞系统、不确定性系统的鲁棒性设计提供了一种有效途径，但其最大的问题是系统控制器的输出具有抖动。设计步骤：在系统控制过程中,控制器根据系统当时状态,以跃变方式有目的地不断变换,迫使系统按预定的“ 滑动模态 ” 的状态轨迹运动。变结构是通过切换函数实现的,特别要指出的是,通常要求切换面上存在滑动模态区,故变结构控制又常被称为滑动模态控制。设计变结构控制系统基本可分为两步[2 ]:(1)确定切换函数 S ( x) 第 1 页 共 1 页 即开关面,使它所确定的滑动模态渐近稳定且有良好的品质,开关面代表了系统的理想动态特性。 (2)设计滑模控制器 设计滑模控制器,使到达条件得到满足,从而使趋近运动 (非滑动模态 )于有限时间到达开关面,并且在趋近的过程中快速、 抖振小。特点：在普通的滑模控制中 ,通常选择一个线性的滑动超平面 ,使系统到达滑动模态后 ,跟踪误差渐进地收敛为零 ,并且收敛的速度可以通过选择滑模面参数矩阵来调节。但理论上讲 ,无论如何状态跟踪误差都不会在有限的时间内收敛为零。Ter minal滑模控制是通过设计一种动态非线性滑模面方程实现的 ,即在保证滑模控制稳定性的基础上 ,使系统状态在指定的有限时间内达到对期望状态的完全跟踪。
滑模变结构控制系统的抖振抑制方法研究
滑模变结构控制系统的抖振抑制方法研究
滑模变结构控制系统在实际应用中，由于线性化误差的存在，容易出现抖振现象。为了解决这一问题，研究者提出了以下几种抖振抑制方法：
1.基于积分去抖振思想的方法。
在滑模变结构控制系统中，可以加入一个积分项，用来消除控制器的稳态误差。当外部扰动作用时，积分项会积累，从而引起抖振现象。因此，可以采用基于积分去抖振的思想，对积分项进行修正，避免抖振的出现。
2.基于滤波器设计的方法。
在滑模变结构控制系统中，可以引入一个低通滤波器，对输入信号进行滤波，减小高频成分。这样可以避免噪声和干扰的影响，从而减少抖振现象。
3.基于信号采样周期的方法。
在控制系统设计时，可以根据系统采样周期选择合适的控制参数。对于快速响应的系统，需要较短的采样周期，这样可以减少抖振现象的出现。而对于慢速响应的系统，则需要较长的采样周期。
4.基于模糊控制的方法。
模糊控制是一种具有适应性和鲁棒性的控制方法，可以根据实际情况动态调整控制参数。在滑模变结构控制系统中，可以采用模糊控制来调节控制器的参数，从而减少抖振现象的出现。
总之，抖振抑制是滑模变结构控制系统中的一项重要问题，需要根据实际情况选择合适的方法进行解决。
滑模变结构控制中抖振的特性研究与抑制
滑模变结构控制中抖振的特性研究与抑制
滑模变结构控制中抖振的特性研究与抑制
摘要：滑模变结构控制是一种有效的非线性控制策略，已广泛应用于工业自动化系统中。然而，滑模控制器在实际应用过程中常常会出现抖振问题，这会影响控制系统的性能和稳定性。在本文中，我们对滑模变结构控制中抖振的特性进行了研究，并提出了一些有效的抑制方法，以改善系统的控制性能。
1. 引言
滑模变结构控制是一种通过构造滑模面使系统状态快速地滑动到该面上，并通过强制使系统状态在滑模面上滞留，从而实现对系统的控制。相对于传统的线性控制方法，滑模变结构控制具有优良的鲁棒性和非常强的扰动抑制能力。然而，在实际应用中，滑模控制器常常会出现抖振的现象。
2. 抖振的产生原因
抖振是指在滑模控制过程中系统状态出现明显的摆动或振荡现象。抖振的产生主要是由于以下几个因素：
（1）控制策略的非理想: 控制器设计不合理，参数选择不当，容易使系统产生振荡；
（2）系统的非线性和不确定性：实际系统往往存在着非线性和不确定性的因素，这对系统的控制带来了一定的干扰；
（3）滑模面设计不当：滑模面的选取对于控制系统的性能有着重要的影响，滑模面设计不当会导致系统抖振。
3. 抖振的特性研究
为了深入了解滑模控制中抖振的特性，我们对滑模控制的数学模型进行了分析，并通过数学推导和仿真实验进行了验证。研究发现：
（1）抖振幅度与滑模面的斜率有关：当滑模面的斜率较大时，抖振幅度较小，反之则抖振幅度较大；
（2）抖振频率与系统的自然频率有关：抖振频率与系统的自然频率接近时，抖振现象最为明显；
（3）抖振与系统的非线性有关：非线性系统更容易出现抖振现象。
4. 抖振的抑制方法
为了有效抑制滑模变结构控制中的抖振现象，我们提出了以下几种抑制方法：
（1）参数调节法：通过合理调节滑模面的斜率和截距等参数，可以减小抖振幅度；
（2）自适应算法：利用自适应算法来在线调整控制参数，以适应不同工况下的系统特性；
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滑模控制
滑模变结构理论
⼀、引⾔
滑模变结构控制本质上是⼀类特殊的⾮线性控制,其⾮线性表现为控制的不连续性,这种控制策略与其它控制的不同之处在于系统的“结
构”并不固定,⽽是可以在动态过程中根据系统当前的状态(如偏差及其
各阶导数等)有⽬的地不断变化,迫使系统按照预定“滑动模态”的状态
轨迹运动。由于滑动模态可以进⾏设计且与对象参数及扰动⽆关,这就使
得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、⽆需系统在线
辩识,物理实现简单等优点。该⽅法的缺点在于当状态轨迹到达滑模⾯后,难于严格地沿着滑模⾯向着平衡点滑动,⽽是在滑模⾯两侧来回穿越, 从⽽产⽣颤动。滑模变结构控制出现于20世纪50年代,经历了 50余年
的发展,已形成了⼀个相对独⽴的研究分⽀,成为⾃动控制系统的⼀种⼀
般的设计⽅法。以滑模为基础的变结构控制系统理论经历了 3个发展阶
段.第1阶段为以误差及其导数为状态变量研究单输⼊单输出线性对象的
变结构控制; 20世纪60年代末开始了变结构控制理论研究的第2阶段, 研究的对象扩⼤到多输⼊多输出系统和⾮线性系统;进⼊80年代以来, 随着计算机、⼤功率电⼦切换器件、机器⼈及电机等技术的迅速发展, 变
结构控制的理论和应⽤研究开始进⼊了⼀个新的阶段, 所研究的对象已
涉及到离散系统、分布参数系统、滞后系统、⾮线性⼤系统及⾮完整⼒
学系统等众多复杂系统, 同时,⾃适应控制、神经⽹络、模糊控制及遗传
算法等先进⽅法也被应⽤于滑模变结构控制系统的设计中。
⼆、基本原理
带有滑动模态的变结构控制叫做滑模变结构控制(滑模控制)。所谓滑动模态是指系统的状态被限制在某⼀⼦流形上运动。通常情况下,系统
的初始状态未必在该⼦流形上,变结构控制器的作⽤在于将系统的状态
轨迹于有限时间内趋使到并维持在该⼦流形上,这个过程称为可达性。系
统的状态轨迹在滑动模态上运动并最终趋于原点,这个过程称为滑模运
动。滑模运动的优点在于,系统对不确定参数和匹配⼲扰完全不敏感。下
滑模变结构控制应用
滑模变结构控制应用
滑模变结构控制（Sliding Mode Variable Structure Control，SMVSC）是一种应用广泛的控制方法，它在控制系统中引入了滑模面，通过引导系统状态在该滑模面上滑动，实现对系统的快速、精确控制。本文将介绍滑模变结构控制的基本原理和应用。
一、滑模变结构控制的基本原理
滑模变结构控制是一种非线性控制方法，其基本原理是通过引导系统状态在滑模面上滑动，使得系统的状态能够快速、精确地达到所期望的状态。滑模面通常由系统状态变量和控制输入变量构成，可以根据具体的系统需求进行选择和设计。
在滑模变结构控制中，控制器根据系统的状态误差和滑模面的导数来生成控制输入，以引导系统状态在滑模面上滑动。滑模面的选择和设计是滑模变结构控制的关键，可以采用不同的方法和算法进行优化和调整。
二、滑模变结构控制的应用
滑模变结构控制具有很强的适应性和鲁棒性，适用于各种不确定性和非线性系统。它在工业控制、机器人控制、航空航天等领域都有广泛的应用。
1. 工业控制
滑模变结构控制在工业控制领域中被广泛应用，例如在电力系统中，可以使用滑模变结构控制实现电力电压和频率的稳定控制；在化工过程控制中，可以使用滑模变结构控制实现温度、压力等参数的精确控制。
2. 机器人控制
滑模变结构控制在机器人控制中也有重要应用。例如在机器人路径规划中，可以使用滑模变结构控制实现机器人末端执行器的精确控制；在机器人力控制中，可以使用滑模变结构控制实现机器人力的精确控制。
3. 航空航天
滑模变结构控制在航空航天领域中也有广泛的应用。例如在飞行器姿态控制中，可以使用滑模变结构控制实现飞行器的稳定控制；在航天器姿态控制中，可以使用滑模变结构控制实现航天器的精确控制。
三、滑模变结构控制的优势和挑战
滑模变结构控制具有以下优势：
1. 鲁棒性强：滑模变结构控制能够有效应对系统的不确定性和扰动，具有很强的鲁棒性。
控制理论-滑模变结构控制
控制理论-滑模变结构控制
1、滑模变结构控制简介
变结构控制( Variable Structure Control,VSC)本质上是⼀类特殊的⾮线性控制，其⾮线性表现为控制的不连续性；这种控制策略与其他
控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定，⽽是可以在动态过程中，根据系统当前的状态（如偏差及其各阶导数等），有⽬的地不断变
化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动，所以⼜常称变结构控制为滑动模态控制( Sliding Mode Control,SMC),即滑模变结构控
制。由于滑动模态可以进⾏设计且与对象参数及扰动⽆关，这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、⽆须系统在线辦
识，物理实现简单等优点。该⽅法的缺点在于当状态轨迹到达滑模⾯后，难于严格地沿着滑⾯向着平衡点滑动，⽽是在滑模⾯两侧来回穿
越，从⽽产⽣颤动。
总之，抖振产⽣的原因在于：当系统的轨迹到达切换⾯时，其速度是有限⼤，惯性使运动点穿越切换⾯，从⽽最终形成抖振，叠加在理
想的滑动模态上。对于实际的计算机采样系统⽽⾔，计算机的⾼速逻辑转换及⾼精度的数值运算使得切换开关本⾝的时间及空间滞后影响⼏
乎不存在；因此，开关的切换动作所造成控制的不连续性是抖振发⽣的本质原因。
2、未建模动态
按照我的理解，在控制系统中，我们往往⾯对的是⾼阶的系统，⽽我们的分析和设计常常⾯对的是低阶的系统，即所谓的⽤低阶系统来
近似模拟⾼阶系统的特性。通常我们能通过低阶系统获得与⾼阶系统相近似的动态性能。注意这⾥说的是近似的，也就是说⾼阶系统还有⼀
部分动态性能我们⽤低阶系统来分析时会忽略掉。⽽忽略的这部分就是未建模动态。
3、滑模变结构控制基本原理
滑模变结构控制是变结构控制系统的⼀种控制策略。这种控制策略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
时间变化的开关特性。该控制特性可以迫使系统在⼀定特性下沿规定的状态轨迹作⼩幅度、⾼频率的上下运动，即所谓的滑动模态或“滑
滑模控制和滑膜变结构控制
滑模控制和滑膜变结构控制
1. 引言
滑模控制和滑膜变结构控制是现代控制理论中重要的控制策略，广泛应用于各个领域的控制系统中。滑模控制通过引入一个滑模面来实现系统的稳定性和鲁棒性；滑膜变结构控制通过在线调整系统的结构以适应不确定性和外部扰动。
2. 滑模控制
滑模控制最早由俄罗斯科学家阿莫斯特芬于1968年提出，并在1974年得到了进一步的发展。滑模控制通过引入一个滑模面，将系统状态从非线性区域滑到线性区域，从而实现系统的稳定性和鲁棒性。
2.1 滑模面
滑模面是滑模控制的核心概念之一，它通常由一个超平面表示，可以用数学方程描述为：
𝑠=𝑆𝑥
其中，𝑠为滑模面，𝑆为一个可逆矩阵，𝑥为系统的状态变量。
2.2 滑模控制律
滑模控制律用于调节系统状态，以使系统状态滑到滑模面上。滑模控制律的一般形式可以表示为：
𝑢=−𝑆−1𝐵𝑇𝜆(𝑠)
其中，𝑢为控制输入，𝐵为输入矩阵，𝜆(𝑠)为滑模曲线。
2.3 滑模控制的优点
滑模控制具有以下几个优点：
• 鲁棒性强：滑模控制能够在面对参数扰动和外部干扰时保持系统的稳定性。
• 快速响应：由于滑模面能够将系统状态快速滑到线性区域，使得系统具有快速响应的特性。
• 无需精确模型：滑模控制不需要系统的精确模型，因此对于复杂系统的控制较为便捷。 3. 滑膜变结构控制
滑膜变结构控制（SMC）由美国科学家丹尼尔·尤斯托曼在20世纪90年代末提出，是一种基于滑模控制的新型控制策略。滑膜变结构控制通过在线调整系统的结构以适应不确定性和外部扰动，从而提高系统的鲁棒性和性能。
3.1 滑膜设计
滑膜变结构控制的关键是设计一个合适的滑膜来响应系统的不确定性和扰动。滑膜通常由一个或多个滑模面组成，通过在线调整滑膜的参数，可以适应不同的工作条件和控制要求。
3.2 滑膜变结构控制律
滑膜变结构控制律的一般形式可以表示为：
𝑢=−𝐾(𝜃)𝑠−𝛿(𝜃)𝑠𝑖𝑔𝑛(𝑠)
滑模控制和滑膜变结构控制 2
滑模控制和滑膜变结构控制
滑模控制和滑膜变结构控制是两种常用的控制方法，它们都具有在非线性系统中实现稳定控制的能力。本文将从定义、原理、特点、应用等方面对这两种控制方法进行详细介绍。
一、滑模控制
1.定义
滑模控制是一种基于变结构控制的技术，它通过引入一个滑动模式来实现对系统的稳定性和鲁棒性的增强。具体而言，它将系统分为两个部分，即“滑动模式”和“剩余部分”，然后设计一个控制器来使得系统的状态在“滑动模式”中运动，从而实现对系统的稳定和鲁棒性的保证。
2.原理
滑模控制依赖于一个称为“滑动面”的函数，在该函数上系统状态会以特定方式运动。当状态达到该函数上时，它将被强迫保持在该函数上，并且不会离开该函数。因此，如果我们能够设计一个适当的“滑动面”，并使其与所需目标状态相交，则系统将被迫达到目标状态并保持在该状态上。
3.特点
（1）鲁棒性：由于滑模控制依赖于变结构控制技术，因此它对系统中的不确定性和扰动具有很强的鲁棒性。
（2）快速响应：滑模控制器可以实现非常快速的响应，因为它可以在瞬间将系统状态从一个位置转移到另一个位置。
（3）简单性：相对于其他控制方法，滑模控制器通常比较简单，易于实现和调整。
4.应用
滑模控制广泛应用于工业自动化、航空航天、机器人等领域。例如，在直升机悬停控制中，滑模控制可以实现对直升机在空气动力学效应和风力扰动下的稳定悬停；在机器人轨迹跟踪问题中，滑模控制可以实现对机器人轨迹跟踪过程中的姿态稳定性和鲁棒性的保证。
二、滑膜变结构控制
1.定义
滑膜变结构控制是一种基于非线性系统理论和变结构控制理论的新型智能控制方法。该方法通过引入一个“滑膜”来实现对非线性系统的稳定性和鲁棒性的增强。
2.原理
滑膜变结构控制通过引入一个“滑膜”来实现对系统的控制。滑膜是一个特殊的函数，它可以将系统分为两个部分，即“滑膜模式”和“剩余部分”。然后设计一个控制器来使得系统的状态在“滑膜模式”中运动，从而实现对系统的稳定和鲁棒性的保证。
滑模变结构控制
第1章 绪 论
滑模变结构控制简介
变结构控制（VSC: Variable Structure Control）本质上是一类特殊的非线性控制，其非线性表现为控制的不持续性，这种控制策略与其它控制的不同的地方在于系统的“结构”并非固定，而是能够在动态进程中，按照系统当前的状态（如误差及其各阶导数等），有目的地不断转变，迫使系统依照预定“滑动模态”的状态轨迹运动，所以又常称变结构控制为滑动模态控制（SMC: Sliding Mode Control），即滑模变结构控制。由于滑动模态能够进行设计且与对象参数及扰动无关，这就使得变结构控制具有快速响应、对参数转变及扰动不灵敏、无需系统在线辩识，物理实现简单等长处。该方式的缺点在于当状态轨迹抵达滑模面后，难于严格地沿着滑面向着平衡点滑动，而是在滑模面双侧来回穿越，从而产生哆嗦。
变结构控制出现于50年代，经历了40余年的进展，已形成了一个相对独立的研究分支， 成为自动控制系统的一种一般的设计方式，适用于线性与非线性系统、持续与离散系统、肯定性与不肯定性系统、集中参数与散布参数系统、集中控制与分散控制等。而且在实际工程中逐渐取得推行应用， 如电机与电力系统控制、机械人控制、飞机控制、卫星姿态控制等等。这种控制方式通过控制量的切换使系统状态沿着滑模面滑动，使系统在受到参数摄动和外干扰的时候具有不变性，正是这种特性使得变结构控制方式受到各国学者的重视。
变结构控制进展历史
变结构控制的进展进程大致可分为三个阶段：
（1）1957-1962年
此阶段为研究的低级阶段。前苏联的学者Utkin和Emelyanov在五十年代提出了变结构控制的概念，大体研究对象为二阶线性系统。
（2）1962-1970年
六十年代，学者开始针对高阶线性系统进行研究，但仍然限于单输入单输出系统。主要讨论了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形。
（3）1970年以后
气动人工肌肉的滑模变结构控制
１８ 气动人工肌肉的滑模变结构控制
气动人工肌肉的滑模变结构控制
Ｓｌｉｄｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｍｕｓｃｌｅ Ａｃｔｕａｔｏｒ
高聪聪 王冬青 （青岛大学自动化工程学院，山东青岛２６６０７１）
摘 要
针对气动人工肌肉的非线性、时变性和不确定性，采用变结构控制的方法，设计了气动人工肌肉的全局滑模变结构控制 策略。在Ｍａｔｌａｂ仿真中，分析了控制器对外界干扰和外部参数的鲁棒性，表明该滑模变结构控制策略有效可行。
关键词：气动人工肌肉，滑模变结构，滑模面，切换函数
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｓ ｔｈｅ ｇｌｏｂａｌ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｖａｒｉ－ ａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｏｆ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｍｕｓｃｌｅ ａｃｔｕａｔｏｒ，ｂｅｉｎｇ ａｉｍｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ，ｔｉｍｅ ｖａｒｉａｎｔ ａｎｄ ｕｎｃｅｒｆａｉｎｔｙ ｏｆ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｍｕｓｃｌｅ ａｃｔｕａｔｏｒ．Ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｔｌａｂ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗｈｅｎ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｈａｐｐｅｎｓ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃｈａｎｇｅｓ．Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｍｕｓｃｌｅ ａｃｔｕａｔｏｒ，ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ．ｓｗｉｔｃｈ ｆｕｎ￣ｉｏｎ
滑模变结构控制Buck变换器的控制
龙源期刊网
滑模变结构控制Buck变换器的控制
作者：王瑞 秦明慧 黄瑞平
来源：《科技资讯》2014年第19期
摘 要：随着可再生资源的日益普及工业快速发展，Buck变换器的应用越来越普遍。相比于PI控制的Buck变换器，可以通过使用滑模变结构来控制，这样可以达到稳态精度更高，动态响应更快速以及更强的鲁棒性等优点。本文深入研究Buck变换器滑模变结构控制系统，分析参数选择依据，设计控制电路并给出仿真结果验证所提方法的可行性。
关键词：滑模变结构控制（SMC） Buck变换器 鲁棒性
中图分类号：TP13 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0121-02
大部分的直流-直流变换器等电力电子变换器使用的都是线性化技术控制，系统的参数有变化的时候，传统的PID控制系统会比较敏感，开关变换器有动态响应速度慢[1]（大约需3
ms左右才能达到稳定）、输出波形不稳易受输入电压及负载波动影响[2]。因此，提高直流Buck变换器的动态响应和稳态性能具有现实意义。
作为一种非线性控制理论，采用滑模变结构控制具有以下优点：变换器拥有更宽的稳定范围、更快速地动态响应，更强的鲁棒性等[3]。本文首先研究变结构控制理论，系统分析Buck变换器滑模变结构控制策略，利用相平面、等效控制量等方法研究系统的动态响应过程、滑模运动区域等问题，最后给出部分仿真结果以验证所提方案的正确性。
1 滑模变结构控制理论
1.1 基本概念
系统在某一子流上运动的时候，系统的状态轨迹被迫根据设计好的滑模面运动至平衡点，这就是滑模变结构中的滑动模态，如果系统开始滑动模态，对外界干扰或者参数扰动在一定条件下拥有不变性，所以它的完全自适应性比鲁棒性个更加优越[4]。
1.2 设计基本问题