终端滑模控制方法研究进展.pdf

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1、第9期夏极等．终端滑模控制方法研究进展1043终端滑模控制方法研究进展夏极胡大斌(海军工程大学船舶与动力学院，武汉430033)摘要总结了终端滑模、快速终端滑模、非奇异终端滑模及指数型终端滑模等不同形式的终端滑模的研究状况，指出了各种终端滑模的优缺点及改进方法，分析了抖振消减方法，研究了各种终端滑模控制的应用，分析了终端滑模控制的发展方向。关键词终端滑模有限时间收敛抖振非奇异中图分类号TP13文献标识码A文章编号1000-3932(2011)09-1043-06滑模变结构控制因其对满足匹配条件的参数1终端滑模控制

2、的发展摄动和外界干扰具有不变性，得到了广泛的关注为方便讨论，以下列仿射控制系统为研究对和研究。“滑模”表明系统具有一种特殊的模态，象:“变结构”表明控制器的结构会发生变化，其基本x=f(x)+g(x)u(1)nm原理在于先设计一个系统状态空间的滑动超平面式中x∈R，u∈R，f、g为连续光滑函数。(滑模)，使处于滑模上的系统具有稳定性和良好1．1传统线性滑模面［1］的动态性能;再设计控制器使系统在有限时间内选择如下线性滑模:m到达滑模。当系统状态穿越滑模时，控制器结构S(x)=cx，S∈R(2)就发生变化，使系统

3、保持在滑模上运动。式中c———滑模面参数;传统的变结构控制采用线性的滑模，系统到x———系统状态。达滑模后，跟踪误差渐近收敛至零，并且渐近收敛线性结构的滑模面能充分满足控制系统的设的速度可以通过选择滑动模态参数来调整，但无计要求，使得控制系统的稳定性分析简洁、方便，论如何调整，状态跟踪误差都将无限时间收敛。其参数设计也较容易。截止到目前，线性滑模面为了解决无限时间收敛的问题，终端滑模控制仍得到广泛的应用。但是线性滑模面在复杂非线(TSM)方法被提出并得到广泛的关注。通过在滑性系统面前无能为力，且系统状态进入滑模面

4、后模设计中引入非线性函数，使得在滑动模态跟踪只能渐近趋近于零，即系统收敛时间趋于无穷。误差能够在有限时间收敛至零。终端滑模方法的1．2终端滑模面［2］提出，不仅解决了有限时间收敛的问题，而且相对ZakM在研究神经网络时首次提出终端吸于传统变结构控制具有性能更好、鲁棒性更强的引子(Terminalattractor)的概念，并在神经网络研［3］优点。在其基础上，快速终端滑模(FTSM)、非奇究中得以应用。ManZH等在此基础上发展出异终端滑模(NTSM)和指数型终端滑模(ETSM)终端滑模(TSM)控制方法。取终端

5、滑模面为:q/p也被提出并得到广泛应用。基于终端滑模，终端S(x)=x+βx(3)趋近律和指数型终端趋近律也被提出并得到广泛式中β＞0，p、q(q＜p)为正奇数。由式(3)可应用。＊知，终端滑模的基本思想是在设计滑模时，将非线由于终端滑模控制采用变结构形式的控制，性项引入到滑动模态设计中，使得系统一旦进入控制的抖振依然存在，如何减少甚至是消除抖振滑模，可以让滑动模态在有限的时间内到达平衡也得到了广泛的研究。各种智能方法，包括模糊点，从而改善了系统动态性，提高了系统的收敛速控制及神经网络控制等都被用来解决抖振问题

6、。度。系统收敛至原点的时间为:(p－q)/p目前，抖振问题以及终端滑模控制与各种智能控t=p

7、x0

8、/［β(p－q)］(4)制方法的交叉结合已成为研究的热点，得到广泛的关注。*收稿日期:2011-07-13(修改稿)1044化工自动化及仪表第38卷由式(4)可知，一旦系统进入滑模阶段，必定速收敛特性。在控制器的设计中，采用带负指数会在有限时间内收敛至原点，而变结构控制的到项的吸引子来设计连续控制律，保证了滑模面的达条件保证了任一初始条件下，系统将会在有限全局存在且避免了奇异问题。但该方法存在收敛时间内进入滑动模态

9、，从而系统收敛的时间有限。停滞的问题，需要合理选择参数以避免该问题的1．3快速终端滑模面出现。由式(3)可知，与传统线性滑模控制相比，终1．6指数型终端滑模［9］端滑模控制在邻近平衡点时其收敛速度要更快一康宇等提出了一种指数型终端滑模超平点，但在远离平衡点时其收敛速度却要慢很多。面，系统能以更快的速度在有限时间内进入滑模［4］为解决此问题，YuXH和ManZH提出快速终并最终到达平衡点，具有良好的动态性能。其快端滑模变结构控制(FTSM):速有限时间收敛的实现是以增大控制幅度为代价q/pS(x)=x+αx+βx

10、(5)的，需要合理选择参数将控制信号幅值约束在系系统的收敛时间为:统允许范围内。刘云峰等［10］针对一类高阶非线(p－q)/pt=plnαx0+β(6)性系统，应用指数型终端滑模，提出指数型快速终α(p－q)β端趋近律并设计控制器，不仅使系统具有更快的通过在终端滑模的设计中增加线性项，使得收敛性，而且有效减弱抖振，将该方法用于混沌系在远离平衡点时线性项占主导，在接近平衡点