变结构控制(VSC )是一种特殊的非线性控制器,表现为控制的不连续性,也称为滑模控制(SMC )。 一般步骤为滑模面设计、趋近率设计、控制器求解。
如滑动控制的理解图所示,s是滑动面,系统状态位于滑动面0 (或附近)的系统是稳定的。 关于为什么系统的状态在滑动面0 (或附近,在滑动面的设计中进行说明。 那么,现在我们的目标是如何使s接近0,稳定系统。 最容易想到的方法是。 s0时,相反,s0时,这样s最终接近0。
滑动型面的设计以线性系统为对象(这里使用状态空间知识) )。
滑动型的设计通常如下
通过位移、速度、加速度的例子来说明为什么这样设计时,s(x )=0时系统会稳定。 状态变量是位移和速度,位移和速度均为0时稳定。 状态方程式可以写成如下
此时的滑动面设计如下。
那么,为什么s=0时系统稳定呢? 当s=0时,最常见的解之一是x和v都为0,此时系统是稳定的。 那个没有其他的解决方法吧? 上述公式可以写
作为定性说明,如果x大于0,则c-1大于0,因此小于0,所以x持续减少到0,反之亦然。 当然在这里也可以解微分方程来理解。
那么,假设x=0不是平衡位置,而是在x=5时平衡,滑动面可以设计如下。
当然,滑动面的设计方法还不止这些。 后续还有终端幻灯片等。 后续理解。
接近率的设计如上所述,接近率设计的目的是使设计的滑动面s=0。 最容易想到的方法是。 s0时,相反,s0时,这样s最终接近0。
最常见的接近率设计如下。
等速趋近律:
指数趋近律:
乘方趋近律:
一般趋近律:
在此,sgn是编码函数,当s0时,SgN(s )等于0,反之小于0。 上述接近率均保证最终s接近0。
当然,在符号函数再为0的地方会发生大的跳跃。 也可以考虑用以下函数替换符号函数。 有同样的效果。
饱和函数:
双曲线正切函数:
连续函数
考虑一下下面的线性系统。 是希望的角度。
滑动型的设计如下
接近率的设计如下
带入状态方程式后,系统的输出如下所示。
imulink模拟图如下所示。
输出结果: