滑模变结构控制的概念及其产生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[2]。67182

滑模变结构控制的发展历史大致分为3个阶段。1957-1962年前苏联学者Utkin和Emelyanov提出了变结构控制概念，研究对象为二阶线性系统。1962-1970年学者们针对高阶系统进行了研究。1970年以后，主要在线性空间上研究线性系统的变结构控制，得出变结构控制对摄动及干扰具有不变性的结论[2,7]。

2  滑模变结构控制的数学描述

滑模控制的概念和特性如下。在系统的状态空间中有一个超曲面 。如图1.1所示。它将状态空间分为上下两部分 及 。在切换面上的运动点有三种情况：（1）通常点——系统运动点到达切换面 附近时，穿越此点而过（点A）；（2）起始点——系统运动点到达切换面 附近时，向切换面的该点的两边离开（点B）;(3)终止点——系统运动点到达切换面 附近时，从切换面的两边趋向于该点（点C）。在滑模变结构中，通常点和起始点无多大意义，而终止点有特殊含义，因为如果在切换面上某一区域所有的点都是终止点的话，则一旦运动点趋近于该区域，就被“吸引”在该区域运动。因此，称在切换面 所有运动点都是终止点的区域称为“滑动模态区域”，系统在滑模区的运动叫做“滑模运动”。当运动点到达切换面 附近时，必有 及 ，也可以写成 。

切换面上的三种点的特性

滑模变结构控制的基本问题的数学描述如下。设有一控制系统

需要确定切换函数

求解控制函数）

其中 ，使得

1）滑动模态存在，即式(1.3)成立；

2）满足可达性条件，在切换面 以外的运动点都将于有限时间内到达切换面；

3）保证滑动运动的稳定性；

4）达到控制系统的动态品质要求。

满足以上几点的控制叫做滑模变结构控制。

3  滑模变结构控制的抖振问题

滑模控制存在着抖振问题。在实际滑模变结构系统中，由于开关器件的时滞及惯性等因素的影响，系统的状态到达滑模面后，不是保持在滑模面上作滑动运动，而是在滑模面附近作来回穿越运动，甚至产生极限环振荡。这种现象称为抖振。它有可能激励起系统中未建模高频运动成分，引起系统的高频振荡。因此削弱或消除抖动是变结构控制在实际应用中要着重解决的重要问题。许多的学者都从不同的角度提出了解决方法。目前，有代表性的研究工作主要有：（1）准滑动模态方法；（2）趋近律方法；（3）滤波方法；(4)干扰观测器方法；（5）动态滑模方法等[2,7]。

4  滑模变结构控制的特点及其应用论文网

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具有鲁棒性，滑模变结构控制在机器人、航空航天和伺服系统领域有着大量的应用。滑模变结构控制最主要的应用领域是电机控制领域。变结构创始人A.Utkin等[2]详细探讨了变结构在变频器、直流电机、永磁同步电机和感应电机中的设计方法。滑模控制也广泛应用于机器人应用领域，如Z.H.Man等针对多关节刚性机器人设计了Terminal滑模控制器[2]。滑模变结构控制的另一个应用环境是飞行器的运动控制。高为炳[3]分别针对航空航天飞行器和挠性空间飞行器的变结构控制进行了设计。变结构控制也十分适用于伺服系统。由于复杂伺服系统具有非线性和不确定性，存在许多不利于系统性能提升的因素，使得建立精确模型十分困难，只能建立一个近似的模型。因此，考虑对象的不确定性，根据滑模变结构控制的特点，使它很适合伺服系统。