滑模变结构控制理论:消除抖动与离散问题探索
"工90可得-introduction to the theory of computation_third edition michael sipser英文原版" 滑模控制是一种先进的控制策略,源于上世纪70年代,以其不变性和完全鲁棒性引起了控制理论和工程界的广泛关注。滑模变结构控制(Variable Structure Control,VSC)的核心思想是在系统中设计一个“滑动模态”,使得系统状态能够快速滑向这个预设的模态,从而达到控制目标。这种控制方法对系统参数变化和外部扰动具有较强的适应性。 在理论上,滑模控制已经解决了包括多输入系统和不确定系统在内的设计问题,以及稳定性、鲁棒性分析问题。在实际应用中,VSC被广泛应用于机器人、航空航天、电力系统、电子系统等多个领域。然而,尽管VSC具有强鲁棒性,但其主要挑战在于系统运行过程中可能出现的抖动现象。抖动可能导致高频分量增加,甚至造成设备的疲劳损伤,这在某些应用场景中是不可接受的。 为了解决抖动问题,研究人员已经提出了多种有效方法,但这些方法通常以牺牲滑动模态为代价,导致准滑动模态效果,进而产生静差。对于不满足匹配条件的不确定系统,VSC的不变性会丧失,这就需要新的设计方法来应对这类问题,这也是变结构控制研究的重要方向之一。 另一个关键问题是离散VSC,因为实际应用往往需要通过采样和离散化来实现。采样周期的选择对VSC的控制性能有显著影响,过大的采样周期可能导致控制系统的发散或混沌行为,即使勉强收敛,抖动现象也会变得十分明显。因此,针对离散系统的VSC方案成为了研究的重点,尽管已经取得了一些进展,但现有的方法仍有局限性,如单输入和多输入设计问题,以及滑动模态破坏导致的静差问题。 当前的研究工作主要聚焦于解决这些问题,比如开发适用于多输入系统的抖动抑制策略,同时保持滑动模态的完整性,以减少静差。此外,寻找既能保证系统稳定又能有效抑制抖动的采样策略也是研究的重点。滑模控制作为一种强大的控制工具,其理论和实践问题的深入研究将持续推动控制科学的发展。
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