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滑模变结构控制的演进历程

【摘要】:滑模变结构控制起源于20世纪50年代,经历了70余年的发展,已经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。目前,滑模变结构控制在各个领域都得到了广泛的应用,发展也十分迅速。针对不同系统的特性,可产生不同类型的滑模变结构控制,如非匹配不确定性系统的滑模变结构控制、针对时滞系统的滑模变结构控制等。

滑模变结构控制起源于20世纪50年代,经历了70余年的发展,已经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三个发展阶段:第一阶段为以误差及其导数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二阶段,研究对象扩大到多输入多输出系统和非线性系统;自20世纪80年代以来,随着计算机、大功率电子切换器件、机器人以及电动机等技术的迅速发展,滑模变结构控制理论和应用研究开始进入了一个新的阶段,研究对象涉及离散系统、分布参数系统、滞后系统及非线性大系统等众多复杂系统[62]

滑模变结构控制作为非线性鲁棒控制理论的典型代表,研究思路来源于Bang−Bang控制研究,作为一类特殊的非线性控制,其非线性主要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,可以在动态过程中根据系统当前的状态有目的的变化,迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。滑模运动具有一个非常重要的性质,就是滑动模态可以进行设计且与控制对象的参数变化及扰动无关。

目前,滑模变结构控制在各个领域都得到了广泛的应用,发展也十分迅速。针对不同系统的特性,可产生不同类型的滑模变结构控制,如非匹配不确定性系统的滑模变结构控制、针对时滞系统的滑模变结构控制等。同时,在飞行器控制、卫星姿态控制、机器人控制、电动机控制、电力系统控制以及柔性空间飞行器控制等领域,都有滑模变结构控制的研究报告[63]