[科普中國]-滑?？刂?

滑?？刂?sliding mode control, SMC)也叫變結(jié)構(gòu)控制，本質(zhì)上是一類特殊的非線性控制，且非線性表現(xiàn)為控制的不連續(xù)性。這種控制策略與其他控制的不同之處在于系統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)”并不固定，而是可以在動態(tài)過程中，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)（如偏差及其各階導(dǎo)數(shù)等）有目的地不斷變化，迫使系統(tǒng)按照預(yù)定“滑動模態(tài)”的狀態(tài)軌跡運(yùn)動。由于滑動模態(tài)可以進(jìn)行設(shè)計(jì)且與對象參數(shù)及擾動無關(guān)，這就使得滑模控制具有快速響應(yīng)、對應(yīng)參數(shù)變化及擾動不靈敏、無需系統(tǒng)在線辨識、物理實(shí)現(xiàn)簡單等優(yōu)點(diǎn)。

簡述20 世紀(jì) 50 年代前蘇聯(lián)學(xué)者提出變結(jié)構(gòu)控制，變結(jié)構(gòu)控制起源于繼電器控制和 Bang-Bang 控制，它與常規(guī)控制的區(qū)別在于控制的不連續(xù)性?；？刂剖亲兘Y(jié)構(gòu)控制的一 個分支。它是一種非線性控制，通過切換函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)偏離滑模的程度來切換控制器的結(jié)構(gòu)（控制律或控制器參數(shù)），從而使系統(tǒng)按照滑模規(guī)定的規(guī)律運(yùn)行的控制方法。滑?？刂埔研纬梢惶妆容^完整的理論體系，并已廣泛應(yīng)用到各種工業(yè)控制對象之中?；？刂频玫綇V泛應(yīng)用的主要原因是，對非線性系統(tǒng)的良好控制性能，對多輸入多輸出系統(tǒng)的可應(yīng)用性，對離散時間系統(tǒng)的建立良好的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?；？刂频闹匾膬?yōu)點(diǎn)是魯棒性，當(dāng)系統(tǒng)處于滑動模型，對被控對象的模型誤差、對象參數(shù)的變化以及外部干擾有 極佳的不敏感性。1

原理滑模變結(jié)構(gòu)控制的原理，是根據(jù)系統(tǒng)所期望的動態(tài)特性來設(shè)計(jì)系統(tǒng)的切換超平面，通過滑動模態(tài)控制器使系統(tǒng)狀態(tài)從超平面之外向切換超平面收束。系統(tǒng)一旦到達(dá)切換超平面，控制作用將保證系統(tǒng)沿切換超平面到達(dá)系統(tǒng)原點(diǎn)，這一沿切換超平面向原點(diǎn)滑動的過程稱為滑模控制。由于系統(tǒng)的特性和參數(shù)只取決于設(shè)計(jì)的切換超平面而與外界干擾沒有關(guān)系，所以滑模變結(jié)構(gòu)控制具有很強(qiáng)的魯棒性。超平面的設(shè)計(jì)方法有極點(diǎn)配置，特征向量配置設(shè)計(jì)法，最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等，所設(shè)計(jì)的切換超平面需滿足達(dá)到條件，即系統(tǒng)在滑模平面后將保持在該平面的條件?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)有固定順序控制器設(shè)計(jì)、自由順序控制器設(shè)計(jì)和最終滑動控制器設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)方法[1]。以N維狀態(tài)空間模型為例，采用極點(diǎn)配置方法得到M(N