滑模变结构控制：克服抖动与拓宽应用的前沿研究

开关型谐振式逆变器的变结构控制是基于电压源逆变器（VSI）的一种高级控制技术，它在6.3章节中得到了详细探讨。VSI利用其内在的开关特性，通过比例积分（PI）控制结合脉冲宽度调制（PWM）来实现对输出电压的精确控制。这种控制策略的关键在于提高系统对扰动和负载变化的鲁棒性，即变结构控制的不变性（完全鲁棒性），使其能够在各种条件下保持稳定性能。 变结构控制的核心原理是通过改变系统的动态结构来达到控制目的，这种方法特别适用于VSI这样的系统，因为它能够处理突发的负载变化和外部干扰。在控制过程中，通过控制开关的开闭，使输出电压跟踪参考输入（正弦波），同时确保电感电流在允许范围内。控制方程如(6.3.1)所示，其中X, 表示输出电压偏差，并通过滑模变量X, 来简化系统模型。 滑模变结构控制（VSC）作为一种相对较新的先进控制策略，自上世纪80年代以来引起了控制领域学者的广泛关注。尽管发展时间不长，但它已经在诸如机器人、航空航天系统、电力系统和电子系统等领域展现出强大的鲁棒性。然而，VSC的广泛应用受限于系统中的抖动问题。抖动会导致高频成分和潜在的设备磨损，这在某些应用场景中是不可接受的。为了消除抖动，研究人员已经尝试了多种方法，但这些方法通常会破坏滑动模态，带来静差。 变结构控制在不满足匹配条件的不确定系统中，其不变性可能不再适用，这就提出了新的设计挑战。设计者需要寻找既能保持不变性又能处理不确定系统的方法，这是一个复杂且具有研究价值的问题。此外，VSC在离散化应用中的问题也不能忽视，由于实际系统常常是通过采样进行离散控制，采样周期对控制性能有很大影响。过大的采样周期可能导致原本设计良好的连续系统在离散实施时出现不稳定甚至混沌行为，这也需要专门针对离散系统设计的VSC解决方案。 目前，针对这些问题的研究已经取得了一些进展，但仍存在局限性。例如，有些方法针对单输入系统的设计非常有效，但在扩展到多输入系统时面临困难；另一些方法则能够处理多输入问题，但可能牺牲滑动模态，导致存在静态误差。因此，未来的研究主要聚焦于解决这些问题，如改进多输入设计、保持滑动模态的稳定性和优化离散VSC控制方案，以期使VSC在更多场景下得到广泛应用。