滑动模态的定义
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。
滑模控制的优点:
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。
滑模控制的缺点:
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。
滑模变结构控制的定义:
有一控制系统状态方程为
x˙=f(x,u,t),x∈Rn,u∈Rm,t∈R
需要确定切换函数
s(x),s∈R
求解控制作用
u={u+(x),s(x)>0u−(x),s(x)<0
滑模变结构控制三要素:
(1) 满足可达性条件,即在切换面以外的运动点都将在有限时间内到达切换面;
(2) 滑动模态存在性;
(3) 滑膜运动的稳定性
(4) 保证滑动模态运动的渐近稳定性并具有良好的动态品质
滑膜运动有两段:
切换面之外 —> 切换面,设计的任务是使系统能够在任意状态在有限的时间内进入滑模面
切换面上运动,并具有期望的性能。
滑动模态存在条件:
全局到达条件: ss˙<0,一般要求满足 ss˙<−δ ,切换函数要可微,并经过原点。
几种常见的趋近律:
(1)等速趋近律
s˙i=ηsgn(si)−f(si),η>0,f(o)=0,sif(si)>0(∀si≠0)
(2)指数趋近律
s˙i=ηsgn(si),η>0
(3)幂次趋近律
s˙i=η|si|asgn(si),η>0,0<a<1
(4)一般趋近律
s˙i=ηsgn(si)−psi,η>0,p>0
选取原则是保证系统状态点远离切换面时具有较快趋近速度,由于过大趋近速度会导致剧烈抖振,是以适当选择 f(si),使系统以适当速度趋近切换面。
滑膜控制系统设计的步骤:
1、滑模面的设计,使系统在滑模面上满足一定的性能指标要求。
2、滑膜控制率的设计,使系统状态从任意初始点进入滑模状态,并稳定可靠地保持在滑膜面上。
3、两个步骤相互独立。