变结构控制读书与研究报告 - Copy
滑模变结构控制理论及其算法研究与进展
滑模变结构控制理论及其算法研究与进展一、本文概述滑模变结构控制理论，作为一种独特的非线性控制方法，自其诞生以来，就因其对系统参数变化和外部干扰的强鲁棒性，以及易于实现的优点，在控制工程领域引起了广泛的关注和研究。
本文旨在对滑模变结构控制理论及其算法的研究进展进行综述，分析其基本原理、特性、设计方法以及在实际应用中的表现，以期为后续研究提供有益的参考。
文章首先回顾了滑模变结构控制理论的发展历程，从最初的滑动模态概念提出，到后来的各种改进和优化算法的出现，展示了该理论在理论和实践上的不断进步。
接着，文章将详细介绍滑模变结构控制的基本原理和特性，包括滑动模态的存在条件、滑动模态的稳定性分析、以及滑模面的设计等。
在此基础上，文章将重点探讨滑模变结构控制算法的研究进展，包括各种新型滑模面设计、滑动模态优化方法、以及与其他控制策略的融合等。
文章还将对滑模变结构控制在各类实际系统中的应用进行案例分析，以展示其在实际工程中的有效性和潜力。
文章将总结滑模变结构控制理论及其算法的研究现状，分析当前研究中存在的问题和挑战，并对未来的研究方向进行展望。
希望通过本文的综述，能为滑模变结构控制理论的发展和应用提供有益的启示和参考。
二、滑模变结构控制理论基础滑模变结构控制（Sliding Mode Variable Structure Control，简称SMVSC）是一种特殊的非线性控制方法，其理论基础主要包括滑模面的设计、滑模运动的稳定性分析以及控制算法的实现。
滑模变结构控制的核心思想是在系统状态空间中构建一个滑动模态区（即滑模面），并设计控制策略使得系统状态在受到扰动或参数摄动时，能够在有限时间内到达并维持在滑模面上滑动，从而实现对系统的有效控制。
滑模面的设计是滑模变结构控制的关键。
滑模面需要满足一定的条件，如可达性、存在性和稳定性等，以确保系统状态能够到达滑模面并在其上滑动。
一般来说，滑模面的设计需要综合考虑系统的动态特性、控制目标以及约束条件等因素。
遥微操作机器人系统滑模变结构控制研究
基金项目:国家自然科学基金资助项目(60575051);江苏省高校自然科学基金(03K J B120005)收稿日期:2007-04-09 修回日期:2007-11-08第25卷 第7期计 算 机 仿 真2008年7月文章编号:1006-9348(2008)07-0145-04遥微操作机器人系统滑模变结构控制研究王艳,曾庆军(江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003)摘要:遥微操作机器人是一种应用于医疗、微生物工程及微机械等领域的特殊遥操作机器人系统,文中主要针对面向微创外科手术系统的遥微操作机器人系统中,操作者及作业环境往往具有时变性而易导致系统不稳定且难以控制的问题,在已有的动力学模型的基础上,设计了一种新型的滑模变结构控制方案,在该方案中主机械手采用阻抗控制而从机械手采用滑模变结构控制策略。
仿真实验结果表明了方案的有效性和鲁棒性,系统能较好地实现位置比例跟踪和力比例跟踪。
关键词:遥微操作机器人;滑模变结构控制;比例跟踪;仿真中图分类号:TP242 文献标识码:ASli di ng -M ode Contro ller for Tele -m icro m ani pul ation R obot Syste mWANG Y an ,ZENG Q ing-j u n(Schoo l of E lectronic and Info r ma ti on Eng i neer i ng ,Jiangsu U n i ve rs i ty o f Science and T echno l ogy ,Zhen jiang Jiangsu 212003,Chi na)ABSTRACT :T e le-m i c ro m anipulation robot i s a spec ial te l e -man i pu l a tion robot syste m used i nvasively i n m edi c i ne ,m icro -b i oeng ineer i ng and m i cro -m echan i ca l syste m.T he sy stem for M IS techno l og ies i n m ed i c i ne m ay be co m e unstab l e because the operater and ope rating-env ironment som eti m es hav e ti m e-vary i ng charac teristi cs .In or der to so lve t h is prob le m,a ne w slidi ng-mode contro ller sche m e is des i gned ,i n wh ich the i m pedance contro l is used fo r t he m aster dev ice ,wh ile the sli ding -m ode contro l is used fo r the slave dev ice .T he si m ulati on resu lts m anifest the vali d it y and robustness o f the desi gned contro llers and the syste m can atta i n better sca led track i ng o f p l ace m ent and force .KEY W ORDS :T ele-m icrom an i pu lati on robot ;S li ding-m ode con tro ;l Scaled track i ng;S i m u l ation1 引言遥操作机器人是指在人的操纵下能在人难以接近(距离遥远、对人有害或操作有难度)的环境中完成比较复杂的精细操作的一种远距离操作系统。
滑模变结构控制研究综述
滑模变结构控制研究综述摘要：本文主要介绍滑模变结构控制的研究情况。
先介绍了滑模变结构控制的发展历史及基本定义，并对国内外滑模变结构的研究现状进行了评述；然后论述了滑模变结构控制的主要研究方向，重点介绍了离散时间系统变结构控制的研究；最后对滑模控制的发展作了展望。
关键词：滑模；变结构控制；非线性控制；离散系统A survey of research on sliding mode variable structure controlAbstract: A survey on the current research of sliding mode variable structure control is introduced, including the history of the development and basic definitions; and then discussed the main research directions of the sliding mode variable structure control, which emphasizes on the discrete-time systems. Further more, research tendencies in this field are discussed.key words: sliding mode; variable structure control; nonlinear control;discrete-time systems1引言在非线性控制领域，鲁棒控制的典型代表是滑模变结构控制。
滑模变结构控制是目前非线性控制系统较普遍、较系统的一种综合方法。
它的突出优点是滑动模态对于参数摄动和外界扰动等不确定因素具有不敏感性，并且滑动模态的动态品质是可以预先设计的。
这种优异的性能对控制系统是十分重要的，目前已被广泛应用于机器人、伺服系统、空间飞行器、化工过程等领域[1~3]。
基于滑模变结构方法的永磁同步电机控制问题研究及应用
基于滑模变结构方法的永磁同步电机控制问题研究及应用一、本文概述本文旨在探讨和研究基于滑模变结构方法的永磁同步电机（PMSM）控制问题，以及该方法在实际应用中的可行性。
滑模变结构控制作为一种非线性控制策略，因其对系统参数摄动和外部干扰的强鲁棒性，被广泛应用于各种控制系统中。
永磁同步电机作为一种高性能电机，在工业、交通、能源等领域有着广泛的应用。
因此，研究基于滑模变结构方法的永磁同步电机控制问题，不仅具有理论价值，而且具有实际意义。
本文将首先介绍永磁同步电机的基本结构和工作原理，分析其在控制过程中面临的主要问题和挑战。
然后，详细阐述滑模变结构控制的基本原理和实现方法，包括滑模面的设计、控制律的构造以及滑模运动的稳定性分析等。
接着，将滑模变结构控制方法应用于永磁同步电机的控制系统中，构建相应的控制系统模型，并进行仿真分析和实验研究。
在仿真分析和实验研究中，我们将对比传统的控制方法和基于滑模变结构方法的控制效果，评估滑模变结构控制在永磁同步电机控制系统中的性能表现。
我们还将探讨如何优化滑模变结构控制方法，以进一步提高永磁同步电机的控制精度和动态响应性能。
本文将总结滑模变结构方法在永磁同步电机控制中的应用效果和经验教训，展望未来的研究方向和应用前景。
通过本文的研究，希望能够为永磁同步电机的控制问题提供一种新的解决方案，推动永磁同步电机控制技术的发展和应用。
二、永磁同步电机及滑模变结构控制基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种将电能转化为机械能的装置，具有高效、高功率密度和良好调速性能等优点，因此在许多领域得到广泛应用。
PMSM的控制核心在于如何精确控制其电磁转矩，以实现快速、稳定的转速和位置控制。
滑模变结构控制（Sliding Mode Control, SMC）是一种非线性控制方法，具有对参数摄动和外部干扰的强鲁棒性，因此在PMSM控制中得到了广泛关注。
滑模变结构控制的基本原理是通过设计一个滑模面，使得系统状态在滑模面上做高频小幅度运动，即所谓的“滑动模态”。
滑模变结构控制中抖振的特性研究与抑制
滑模变结构控制中抖振的特性研究与抑制滑模变结构控制中抖振的特性研究与抑制摘要：滑模变结构控制是一种有效的非线性控制策略，已广泛应用于工业自动化系统中。
然而，滑模控制器在实际应用过程中常常会出现抖振问题，这会影响控制系统的性能和稳定性。
在本文中，我们对滑模变结构控制中抖振的特性进行了研究，并提出了一些有效的抑制方法，以改善系统的控制性能。
1. 引言滑模变结构控制是一种通过构造滑模面使系统状态快速地滑动到该面上，并通过强制使系统状态在滑模面上滞留，从而实现对系统的控制。
相对于传统的线性控制方法，滑模变结构控制具有优良的鲁棒性和非常强的扰动抑制能力。
然而，在实际应用中，滑模控制器常常会出现抖振的现象。
2. 抖振的产生原因抖振是指在滑模控制过程中系统状态出现明显的摆动或振荡现象。
抖振的产生主要是由于以下几个因素：（1）控制策略的非理想: 控制器设计不合理，参数选择不当，容易使系统产生振荡；（2）系统的非线性和不确定性：实际系统往往存在着非线性和不确定性的因素，这对系统的控制带来了一定的干扰；（3）滑模面设计不当：滑模面的选取对于控制系统的性能有着重要的影响，滑模面设计不当会导致系统抖振。
3. 抖振的特性研究为了深入了解滑模控制中抖振的特性，我们对滑模控制的数学模型进行了分析，并通过数学推导和仿真实验进行了验证。
研究发现：（1）抖振幅度与滑模面的斜率有关：当滑模面的斜率较大时，抖振幅度较小，反之则抖振幅度较大；（2）抖振频率与系统的自然频率有关：抖振频率与系统的自然频率接近时，抖振现象最为明显；（3）抖振与系统的非线性有关：非线性系统更容易出现抖振现象。
4. 抖振的抑制方法为了有效抑制滑模变结构控制中的抖振现象，我们提出了以下几种抑制方法：（1）参数调节法：通过合理调节滑模面的斜率和截距等参数，可以减小抖振幅度；（2）自适应算法：利用自适应算法来在线调整控制参数，以适应不同工况下的系统特性；（3）鲁棒性设计：采用鲁棒控制方法，使控制系统对于非线性和不确定性具有更好的适应性，减小抖振现象；（4）滤波器设计：通过引入滤波器来抑制系统中的高频振荡，达到减小抖振幅度的目的。
DC-DC变换器的滑模变结构控制及动态品质研究.ppt
建立核心，完善制度，形成有效的管理机制。班委成员是民主选举产生的，班委 们始终秉承“以人为本，以班为纲”的治班理念，坚持以它作为班级管理的指导思想， 督促班级成员“做好自己，共创美好未来”。全体班干部均能以全责为己任，紧密协 作，不仅按时按质按量地完成了学校、学院安排的各项任务，而且能够创造性的开展 富有特色的活动。班委会工作最大的特点就是有计划、有制度、有总结，根据我班的 具体情况，本着“从实际出发，一切为班级和全体同学服务”的宗旨，制定并逐步完 善管理制度，使同学们对班委会满意，使学院和老师对我们放心。全体班委成员心往 一处想、劲往一处使，尽最大努力为班集体服务、为普通同学服务，在增强班级凝聚 力的同时，努力使全班同学向党、团组织靠拢，使同学们在提高能力的同时思想素质 也得到更进一步的提高。 三、学习方面：
尊敬的各位领导、老师，亲爱的同学们： 大家下午好! 正值全校师生还沉浸在我校本科教育七十周年的喜庆当中，我校一年一度的学生
滑模变结构控制对象研究
ｏｊｃ ｏ￣ Ｈ ｄｂ ｅＳ Ｃ， ｎ ｎ ｌ ｅｂ ｓ ａ ａ ｔ ｉｔ ｆ ＭＣｉ ｐｅｅ ｔ ． ｂｅｔ ｃｎ ｏ ｅ ｙｔ Ｍ ａ ｄｆ ａ ｙｔ ｅｔ ｄ ｐ ｂｌｙｏ Ｓ ｒｓｎｅ ｓ ｈ ｉ ｌｈ ａ ｉ ｒ ｓ ｄ Ｋｅ ｏ ｄ ：ｓｄｎ ｏ ｅ ｓ ｄ ｇｍ ｄ ａｉ ｌ ｓ ｕｔｒ ； ｏ ｔ ｌ ｄｏｊｃ ｓ ｄ ｙｗ ｒ ｓ ｌ ｉｇｍ ｄ ； ｌ ｉ ｏ ｅｖ ａ ｅ ｔ ｃ ｅ ｃｎｒ ｌ ｂ ｔ ｔ ｙ ｉ ｉｎ ｒ ｂ ｒ ｕ ｏｅ ｅ ｕ
ｈ ｔ ｖｒ ｏ ｔ ｌ ｄｏｊ ｔ ｉ ｉｅｅ ｔ ｍ ｏ ｓ ｎ ｎ ｈｓｓｈ ｓｉ ｈ ｒ ｔｉ ｉ ｎ ａ ｉｉ ｔａ ｅｅｙｃｎ ｏ ｅ ｂ ｃ ｗｔ ｄｆ ｒｎ ｔ ｅｃｎｔ ￣ ａｄ ｐ ａｅ ａ ｔ ｃ ａ ｃ ｒｔ ｓｉ ｒｐｄｔ， ｒｌ ｅ ｈ ｉ ａ ｓ ａ ｅ ｓｃ ｙ
交会 、 远程 自主水下航 行器 、 机器人 、 导弹 、 船姿态 飞
的跟踪 控制 、 天 器具 有 的柔 性 附件 （ 括太 阳帆 航 包 板 、 线等 ） 天 的振动抑 制 、 文望 远镜 的伺 服 驱 动系 天 统 、 压系统 的控制 、 空 发动 机 控制 系 统 、 车 防 液 航 汽
０ 引言
滑模变结 构 控 制 （ 称 Ｓ Ｃ） 变结 构 控 制 方 简 Ｍ 是 法 中的一种控 制策 略 ， 种控 制 策 略与 常 规控 制 的 这 根本 区别在 于控制 的不连 续 性 ， 即呈 现 出一种 使 系 统 “ 构 ” 时 变化 的开关 特性 。该 控 制 特 性 可 以 结 随
２ 控制对象概述
对于传递函数 ：
控机床、 泵机、 采掘运输机械等控制领域 ， 在模型跟 踪 系统 、 自适应 系统 、 确定 系统 等 复杂系统 中的应 不 用具有 良好效果 。更具体地讲 ， 可进行高精度伺服 系统、 电液伺服系统 、 坦克伺服 系统等 的控制、 导弹 寻的制导和 目 标拦截的应用 、 着陆小天体的导航、 制 导和控制问题 、 飞行器的轨道机动、 姿态控制和附着
滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究共3篇
滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究共3篇滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究1滑模变结构控制（Sliding Mode Control，SMC）是一种非线性控制方法，具有高精度、强适应性、鲁棒性好等优点，因此被广泛应用于机器人控制领域。
其基本思想是构造一个滑模面，使系统状态到达该面后就会保持在该面上运动，在保证系统稳定性的同时达到控制目的。
本文将阐述滑模变结构控制的理论基础以及在机器人控制中的应用研究。
一、滑模变结构控制的理论基础1. 滑模面滑模面是滑模控制的核心概念，它是一个虚拟平面，将控制系统的状态分为两个区域：滑模面上和滑模面下。
在滑模面上，系统状态变化很小，具有惯性；而在滑模面下，系统状态变化很大，具有灵敏性。
在滑模控制中，系统状态必须追踪滑模面运动，并保持在滑模面上，进而实现控制目的。
2. 滑模控制定律滑模控制定律是滑模变结构控制的核心之一，主要由滑模控制器和滑模面组成。
滑模控制器将系统状态误差与滑模面上的虚拟控制输入之间做差，生成实际控制输入。
而滑模面则是根据控制目的和系统性质，通过手动选择滑模面的形状和大小来合理地设计。
例如，对于已知模型的系统，可使用小扰动理论来设计滑模面；而对于未知模型的系统，可使用自适应滑模控制来自动调节滑模面。
总体来说，滑模控制定律是一种强鲁棒控制方法，在快速响应、鲁棒性和适应性等方面都表现出色。
3. 滑模变结构控制滑模变结构控制是将滑模控制定律与变结构控制相结合形成的一种新型控制方法。
在滑模变结构控制中，滑模面被用来描述整个系统状态，而滑模控制定律则用来保证系统状态追踪滑模面的过程中，系统特征不会发生大的变化。
换句话说，滑模控制定律的目的是在系统状态到达滑模面后，控制系统能够迅速且平稳地滑过该面，进而保持在滑模面上稳定运动。
二、滑模变结构控制在机器人中的应用研究滑模变结构控制广泛应用于机器人控制领域，例如：机器臂控制、移动机器人控制、人形机器人控制等。
滑模变结构控制理论及其算法研究与进展_刘金琨
第24卷第3期2007年6月控制理论与应用Control Theory&ApplicationsV ol.24No.3Jun.2007滑模变结构控制理论及其算法研究与进展刘金琨1,孙富春2(1.北京航空航天大学自动化与电气工程学院,北京100083;2.清华大学智能技术与系统国家重点实验室,北京100084)摘要:针对近年来滑模变结构控制的发展状况,将滑模变结构控制分为18个研究方向,即滑模控制的消除抖振问题、准滑动模态控制、基于趋近律的滑模控制、离散系统滑模控制、自适应滑模控制、非匹配不确定性系统滑模控制、时滞系统滑模控制、非线性系统滑模控制、Terminal滑模控制、全鲁棒滑模控制、滑模观测器、神经网络滑模控制、模糊滑模控制、动态滑模控制、积分滑模控制和随机系统的滑模控制等.对每个方向的研究状况进行了分析和说明.最后对滑模控制的未来发展作了几点展望.关键词:滑模控制;鲁棒控制;抖振中图分类号:TP273文献标识码:AResearch and development on theory and algorithms ofsliding mode controlLIU Jin-kun1,SUN Fu-chun2(1.School of Automation Science&Electrical Engineering,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing100083,China;2.State Key Laboratory of Intelligent Technology and Systems,Tsinghua University,Beijing100084,China)Abstract:According to the development of sliding mode control(SMC)in recent years,the SMC domain is character-ized by eighteen directions.These directions are chattering free of SMC,quasi SMC,trending law SMC,discrete SMC, adaptive SMC,SMC for mismatched uncertain systems,SMC for nonlinear systems,time-delay SMC,terminal SMC, global robust SMC,sliding mode observer,neural SMC,fuzzy SMC,dynamic SMC,integral SMC and SMC for stochastic systems,etc.The evolution of each direction is introduced and analyzed.Finally,further research directions are discussed in detail.Key words:sliding mode control;robust control;chattering文章编号：1000−8152(2007)03−0407−121引言(Introduction)滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制,其非线性表现为控制的不连续性,这种控制策略与其它控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定,而是可以在动态过程中根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化,迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动.由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关,这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辩识,物理实现简单等优点.该方法的缺点在于当状态轨迹到达滑模面后,难于严格地沿着滑模面向着平衡点滑动,而是在滑模面两侧来回穿越,从而产生颤动.滑模变结构控制出现于20世纪50年代,经历了50余年的发展,已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3个发展阶段.第1阶段为以误差及其导数为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2阶段,研究的对象扩大到多输入多输出系统和非线性系统;进入80年代以来,随着计算机、大功率电子切换器件、机器人及电机等技术的迅速发展,变结构控制的理论和应用研究开始进入了一个新的阶段,所研究的对象已涉及到离散系统、分布参数系统、滞后系统、非线性大系统及非完整力学系统等众多复杂系统,同时,自适应控制、神经网络、模糊控制及遗传算法等先进方法也被应用于滑模变结构控制系统的设计中.2滑模变结构控制理论研究进展(Develop-ment for SMC)2.1消除滑模变结构控制抖振的方法研究(Research on chattering elimination of SMC) 2.1.1滑模变结构控制的抖振问题(Problems ofSMC chattering)从理论角度,在一定意义上,由于滑动模态可以收稿日期:2005−10−19;收修改稿日期:2006−02−23.基金项目:国家自然科学基金资助项目(60474025,90405017).408控制理论与应用第24卷按需要设计,而且系统的滑模运动与控制对象的参数变化和系统的外干扰无关,因此滑模变结构控制系统的鲁棒性要比一般常规的连续系统强.然而,滑模变结构控制在本质上的不连续开关特性将会引起系统的抖振.对于一个理想的滑模变结构控制系统,假设“结构”切换的过程具有理想开关特性(即无时间和空间滞后),系统状态测量精确无误,控制量不受限制,则滑动模态总是降维的光滑运动而且渐近稳定于原点,不会出现抖振.但是对于一个现实的滑模变结构控制系统,这些假设是不可能完全成立的.特别是对于离散系统的滑模变结构控制系统,都将会在光滑的滑动模态上叠加一个锯齿形的轨迹.于是,在实际上,抖振是必定存在的,而且消除了抖振也就消除了变结构控制的抗摄动和抗扰动的能力,因此,消除抖振是不可能的,只能在一定程度上削弱它到一定的范围.抖振问题成为变结构控制在实际系统中应用的突出障碍.抖振产生的主要原因有:①时间滞后开关:在切换面附近,由于开关的时间滞后,控制作用对状态的准确变化被延迟一定的时间;又因为控制量的幅度是随着状态量的幅度逐渐减少的,所以表现为在光滑的滑动模台上叠加一个衰减的三角波.②空间滞后开关:开关滞后相当于在状态空间中存在一个状态量变化的“死区”.因此,其结果是在光滑的滑模面上叠加了一个等幅波形.③系统惯性的影响:由于任何物理系统的能量不可能是无限大,因而系统的控制力不能无限大,这就使系统的加速度有限;另外,系统惯性总是存在的,所以使得控制切换伴有滞后,这种滞后与时间滞后效果相同.④离散系统本身造成的抖振：离散系统的滑动模态是一种“准滑动模态”,它的切换动作不是正好发生在切换面上,而是发生在以原点为顶点的一个锥形体的表面上.因此有衰减的抖振,而且锥形体越大,则抖振幅度越大.该锥形体的大小与采样周期有关.总之,抖振产生的原因在于:当系统的轨迹到达切换面时,其速度是有限大,惯性使运动点穿越切换面,从而最终形成抖振,叠加在理想的滑动模态上.对于实际的计算机采样系统而言,计算机的高速逻辑转换以及高精度的数值运算使得切换开关本身的时间及空间滞后影响几乎不存在,因此,开关的切换动作所造成控制的不连续性是抖振发生的本质原因.在实际系统中,由于时间滞后开关、空间滞后开关、系统惯性、系统延迟及测量误差等因素,使变结构控制在滑动模态下伴随着高频振动,抖振不仅影响控制的精确性、增加能量消耗,而且系统中的高频未建模动态很容易被激发起来,破坏系统的性能,甚至使系统产生振荡或失稳,损坏控制器部件.因此,关于控制信号抖振消除的研究成为变结构控制研究的首要工作.2.1.2消除滑模变结构控制抖振的几种方法(Several methods for eliminating chatteringin SMC)国内外针对滑模控制抗抖振问题的研究很多,许多学者都从不同的角度提出了解决方法.目前这些方法主要有:1)滤波方法.通过采用滤波器,对控制信号进行平滑滤波,是消除抖振的有效方法.文[1]为了消除离散滑模控制的抖振,设计了两种滤波器:前滤波器和后滤波器,其中前滤波器用于控制信号的平滑及缩小饱和函数的边界层厚度,后滤波器用于消除对象输出的噪声干扰.文[2]在边界层内,对切换函数采用了低通滤波器,得到平滑的信号,并采用了内模原理,设计了一种新型的带有积分和变边界层厚度的饱和函数,有效地降低了抖振.文[3]利用机器人的物理特性,通过在控制器输出端加入低通滤波器,设计了虚拟滑模控制器,实现了机器人全鲁棒变结构控制,并保证了系统的稳定,有效地消除了抖振.文[4]设计了带有滤波器的变结构控制器,有效地消除了控制信号的抖振,得到了抑制高频噪声的非线性控制器,实现了存在非建模动态的电液伺服马达的定位控制.文[5]为了克服未建模动态特性造成的滑动模态抖振,设计了一种新型滑模控制器,该控制器输出通过一个二阶滤波器,实现控制器输出信号的平滑,其中辅助滑动模面的系数通过滑模观测器得到.文[6]提出了一种新型控制律,即,该控制律由3部分构成,即等效控制、切换控制和连续控制,在控制律中采用了两个低通滤波器,其中通过一个低通滤波器得到切换项的增益,通过另一个低通滤波器得到等效控制项,并进行了收敛性和稳定性分析,有效地抑制了抖振,实现了多关节机器手的高性能控制.2)消除干扰和不确定性的方法.在常规滑模控制中,往往需要很大的切换增益来消除外加干扰及不确定项,因此,外界干扰及不确定项是滑模控制中抖振的主要来源.利用观测器来消除外界干扰及不确定性成为解决抖振问题研究的重点.文[7]为了将常规滑模控制方法应用于带有较强强外加干扰的伺服系统中,设计了一种新型干第3期刘金琨等:滑模变结构控制理论及其算法研究与进展409扰观测器,通过对外加干扰的前馈补偿,大大地降低了滑模控制器中切换项的增益,有效地消除了抖振.文[8]在滑模控制中设计了一种基于二元控制理论的干扰观测器,将观测到的干扰进行前馈补偿,减小了抖振.文[9]提出了一种基于误差预测的滑模控制方法,在该方法中设计了一种观测器和滤波器,通过观测器消除了未建模动态的影响,采用均值滤波器实现了控制输入信号的平滑,有效地消除了未建模动态造成的抖振.文[10]设计了一种离散的滑模观测器,实现了对控制输入端干扰的观测,从而实现对干扰的有效补偿,相对地减小了切换增益.3)遗传算法优化方法.遗传算法是建立在自然选择和自然遗传学机理基础上的迭代自适应概率性搜索算法,在解决非线性问题时表现出很好的鲁棒性、全局最优性、可并行性和高效率,具有很高的优化性能.文[11]针对非线性系统设计了一种软切换模糊滑模控制器,采用遗传算法对该控制器增益参数及模糊规则进行离线优化,有效地减小了控制增益,从而消除了抖振.针对不确定性伺服系统设计了一种积分自适应滑模控制器,通过该控制器中的自适应增益项来消除不确定性及外加干扰,如果增益项为常数,则会造成抖振,为此,文[12]设计了一种实时遗传算法,实现了滑模变结构控制器中自适应增益项的在线自适应优化,有效地减小了抖振.文[13]采用遗传算法进行切换函数的优化,将抖振的大小作为优化适应度函数的重要指标,构造一个抖振最小的切换函数.4)降低切换增益方法.由于抖振主要是由于控制器的不连续切换项造成,因此,减小切换项的增益,便可有效地消除抖振.文[14]根据滑模控制的Lypunov稳定性要求,设计了时变的切换增益,减小了抖振.文[15]对切换项进行了变换,通过设计一个自适应积分项来代替切换项,实现了切换项增益的自适应调整,有效地减小了切换项的增益.文[16]针对一类带有未建模动态系统的控制问题,提出了一种鲁棒低增益变结构模型参考自适应控制新方法,使系统在含未建模动态时所有辅助误差均可在有限时间内收敛为零,并保证在所有情况下均为低增益控制.文[17]提出了采用模糊神经网络的切换增益自适应调节算法,当跟踪误差接近于零时,切换增益接近于零,大大降低了抖振.5)扇形区域法.文[18]针对不确定非线性系统,设计了包含两个滑动模面的滑动扇区,构造连续切换控制器使得在开关面上控制信号是连续的.文[19]采用滑动扇区法,在扇区之内采用连续的等效控制,在扇区之外采用趋近律控制,很大程度地消除了控制的抖振.6)其他方法.文[20]针对滑模变结构控制中引起抖振的动态特性,将抖振看成叠加在理想滑模上的有限频率的振荡,提出了滑动切换面的优化设计方法,即通过切换面的设计,使滑动模态的频率响应具有某种希望的形状,实现频率整形.该频率整形能够抑制滑动模态中引起抖振的频率分量,使切换面为具有某种“滤波器”特性的动态切换面.文[21]设计了一种能量函数,该能量函数包括控制精度和控制信号的大小,采用LMI(linear matrix inequality)方法设计滑动模面,使能量函数达到最小,实现了滑动模面的优化,提高了控制精度,消除了抖振.2.2准滑动模态滑模控制(Quasi-sliding modecontrol)80年代在滑动模态控制的设计中引入了“准滑动模态”和“边界层”的概念[22],实现准滑动模态控制,采用饱和函数代替切换函数,即在边界层以外采用正常的滑模控制,在边界层内为连续状态的反馈控制,有效地避免或削弱了抖振,为变结构控制的工程应用开辟了道路.此后,有许多学者对于切换函数和边界层的设计进行了研究.①连续函数近似法.文[23]采用Sigmoid连续函数来代替切换函数.文[24]针对直流电机伺服系统的未建模动态进行了分析和描述,设计了基于插补平滑算法的滑模控制器,实现了非连续切换控制的连续化,有效地消除了未建模动态对直流电机伺服系统造成的抖振.②边界层的设计.边界层厚度越小,控制效果越好,但同时又会使控制增益变大,抖振增强;反之,边界层厚度越大,抖振越小,但又会使控制增益变小,控制效果差.为了获得最佳抗抖振效果,边界层厚度应自适应调整.文[25]提出了一种高增益滑模控制器,设控制信号输入为u,切换函数为s(t),将|˙u|作为衡量抖振的指标,按降低控制抖振来设计模糊规则,将|s|和|˙u|作为模糊规则的输入,模糊推理的输出为边界层厚度的变化,实现了边界层厚度的模糊自适应调整.文[26]针对不确定性线性系统,同时考虑了控制信号的降抖振与跟踪精度的要求,提出了一种基于系统状态范数的边界层厚度在线调整算法.文[27]提出了一种新型的动态滑模控制,采用饱和函数方法,通过设计一种新型非线性切换函数,消除了滑模到达阶段的抖振,实现了全局鲁棒滑模控制,有效地解决了一类非线性机械系统的控制抖振问题.文[28]为了减小边界层厚度,在边界层内采用了积分控制,既获得了稳态误差,又避免了抖振.边界层的方法仅能保410控制理论与应用第24卷证系统状态收敛到以滑动面为中心的边界层内,只能通过较窄的边界层来任意地接近滑模,但不能使状态收敛到滑模.2.3基于趋近律的滑模控制(Sliding mode controlbased on trending law)高为炳利用趋近律的概念,提出了一种变结构控制系统的抖振消除方法[29].以指数趋近律˙s=−ε·sgn s−k·s为例,通过调整趋近律的参数κ和ε,既可以保证滑动模态到达过程的动态品质,又可以减弱控制信号的高频抖振,但较大的ε值会导致抖振.文[30]分析了指数趋近律应用于离散系统时趋近系数造成抖振的原因,并对趋近系数与抖振的关系进行了定量的分析,提出了趋近系数ε的自适应调整算法.文[31]提出了将离散趋近律与等效控制相结合的控制策略,离散趋近律仅在趋近阶段起作用,当系统状态到达准滑模模态阶段,采用了抗干扰的离散等效控制,既保证了趋近模态具有良好品质,又降低了准滑动模态带,消除了抖振.文[32]将模糊控制应用于指数趋近律中,通过分析切换函数与指数趋近律中系数的模糊关系,利用模糊规则调节指数趋近律的系数,其中切换函数的绝对值|s|作为模糊规则的输入,指数趋近律的系数κ和ε作为模糊规则的输出,使滑动模态的品质得到了进一步的改善,消除了系统的高频抖振.2.4离散系统滑模变结构控制(Sliding mode con-trol for discrete system)连续时间系统和离散时间系统的控制有很大差别.自80年代初至今,由于计算机技术的飞速发展,实际控制中使用的都是离散系统,因此,对离散系统的变结构控制研究尤为重要.对离散系统变结构控制的研究是从80年代末开始的,例如,Sarpturk等于1987年提出了一种新型离散滑模到达条件,在此基础上又提出了离散控制信号必须是有界的理论[33],Furuta于1990年提出了基于等效控制的离散滑模变结构控制[34],高为炳于1995年提出了基于趋近律的离散滑模变结构控制[35].他们各自提出的离散滑模变结构滑模存在条件及其控制方法已被广泛应用.然而,传统设计方法存在两方面不足：一是由于趋近律自身参数及切换开关的影响,即使对名义系统,系统状态轨迹也只能稳定于原点邻域的某个抖振;二是由于根据不确定性上下界进行控制器设计,可能会造成大的反馈增益,使控制抖振加剧.近年来国内外学者一方面对离散系统滑模变结构控制的研究不断深入.文[36]提出了基于PR型的离散系统滑模面设计方法,其中P和R分别为与系统状态有关的正定对称阵和半正定对称阵,在此基础上设计了稳定的离散滑模控制器,通过适当地设计P和R,保证了控制器具有良好的性能.文[37]针对离散系统提出了一种新型滑模存在条件,进一步拓展了离散滑模控制的设计,在此基础上设计了一种新型滑模控制律.针对离散系统中滑模控制的不变性和鲁棒性难以有效保证,文[38]提出了3种解决方法,在第1种方法中,采用了干扰补偿器和解耦器消除干扰,在第2种方法中,采用回归切换函数方法来消除干扰,在第3种方法中,采用回归切换函数和解耦器相结合的方法来消除干扰,上述3种方法已成功地应用于数控中.文[39]针对数字滑模控制的鲁棒性进行了系统的研究,提出了高增益数字滑模控制器.文[40]针对带有干扰和未知参数的多输入多输出离散系统的滑模控制进行了研究,并采用自适应律实现了未知项的估计.2.5自适应滑模变结构控制(Adaptive slidingmode control)自适应滑模变结构控制是滑模变结构控制与自适应控制的有机结合,是一种解决参数不确定或时变参数系统控制问题的一种新型控制策略.文[41]针对线性化系统将自适应Backsteping与滑模变结构控制设计方法结合在一起,实现了自适应滑模变结构控制,文[42]针对一类最小相位的可线性化的非线性系统,设计了一种动态自适应变结构控制器,实现了带有不确定性和未知外干扰的非线性系统鲁棒控制.在一般的滑模变结构控制中,为了保证系统能够达到切换面,在设计控制律时通常要求系统不确定性范围的界已知,这个要求在实际工程中往往很难达到,针对具有未知参数变化和干扰变化的不确定性系统的变结构控制,文[43]设计了一种新型的带有积分的滑动模面,并采用一种自适应滑模控制方法,控制器的设计无需不确定性及外加干扰的上下界,实现了一类不确定伺服系统的自适应变结构控制.针对自适应滑模控制中参数估计值无限增大的缺点,文[44]提出了一种新的参数自适应估计方法,保证了变结构控制增益的合理性.近年来,变结构模型参考自适应控制理论取得了一系列重要进展,由于该方法具有良好的过渡过程性能和鲁棒性,在工程上得到了很好的应用.文[45]设计了一种新型动态滑动模面,滑动模面参数通过采用自适应算法估计得到,从而实现了非线性系统的模型参考自适应滑模控制.文[46]针对一类不确定性气压式伺服系统,提出了模型参考自适应滑模控制方法,并在此基础上提出了克服控制抖振的有效方法.第3期刘金琨等:滑模变结构控制理论及其算法研究与进展4112.6非匹配不确定性系统的滑模变结构控制(Sliding mode control for systems with mis-matched uncertainties)由于大多数系统不满足变结构控制的匹配条件,因此,存在非匹配不确定性系统的变结构控制是一个研究重点.文[47]利用参数自适应控制方法,构造了一个变参数的切换函数,对具有非匹配不确定性的系统进行了变结构控制设计.采用基于线性矩阵不等式LMI的方法,为非匹配不确定性系统的变结构控制提供了新的思路,Choi针对不匹配不确定性系统,专门研究了利用LMI方法进行变结构控制设计的问题[48∼50].Backstepping设计方法通过引入中间控制器,使控制器的设计系统化、程序化,它对于非匹配不确定性系统及非最小相位系统的变结构控制是一种十分有效的方法.采用Backstepping设计方法,文[51]实现了对于一类具有非匹配不确定性的非线性系统的变结构控制.将Backstepping设计方法、滑模控制及自适应方法相结合,文[52]实现了一类具有非匹配不确定性的非线性系统的自适应滑模控制.2.7针对时滞系统的滑模变结构控制(Slidingmode control for time-delay system)由于实际系统普遍存在状态时滞、控制变量时滞,因此,研究具有状态或控制时滞系统的变结构控制,对进一步促进变结构控制理论的应用具有重要意义.文[53]对于具有输入时滞的不确定性系统,通过状态变换的方法,实现了滑模变结构控制器的设计.文[54]研究了带有关联时滞项的大系统的分散模型跟踪变结构控制问题,其中被控对象的时滞关联项必须满足通常的匹配条件.文[55]采用趋近律的方法设计了一种新型控制器,采用了基于LMI的方法进行了稳定性分析和切换函数的设计,所设计的控制器保证了对非匹配不确定性和匹配的外加干扰具有较强的鲁棒性,解决了非匹配参数不确定性时滞系统的变结构控制问题.文[56]针对带有输出延迟非线性系统的滑模控制器的设计进行了探讨,在该方法中,将延迟用一阶Pade近似的方法来代替,并将非最小相位系统转化为稳定系统,在存在未建模动态和延迟不确定性条件下,控制器获得了很好的鲁棒性能.国内在时滞系统的滑模变结构控制方面也取得了许多成果,针对时滞系统的变结构控制器设计问题和时滞变结构控制系统的理论问题进行了多年的研究,取得了许多成果[57∼59].2.8非线性系统的滑模变结构控制(Sliding modecontrol for nonlinear system)非线性系统的滑模变结构控制一直是人们关注的热点.文[60]研究了具有正则形式的非线性系统的变结构控制问题,为非线性系统变结构控制理论的发展奠定了基础.目前,非最小相位非线性系统、输入受约束非线性系统、输入和状态受约束非线性系统等复杂问题的变结构控制是该领域研究的热点.文[61]将Anti-windup方法与滑模控制方法相结合,设计了输入饱和的Anti-windup算法,实现当输出为饱和时的高精度变结构控制,文[62]利用滑模变结构控制方法实现了一类非最小相位非线性系统的鲁棒控制,文[63]利用输入输出反馈线性化、相对度、匹配条件等非线性系统的概念,采用输出反馈变结构控制方法实现了一类受约束非线性系统的鲁棒输出跟踪反馈控制.文[64]利用Backstepping方法,实现了非线性不确定性系统的变结构控制.2.9Terminal滑模变结构控制(Terminal slidingmode control)在普通的滑模控制中,通常选择一个线性的滑动超平面,使系统到达滑动模态后,跟踪误差渐进地收敛为零,并且渐进收敛的速度可以通过选择滑模面参数矩阵任意调节.尽管如此,无论如何状态跟踪误差都不会在有限时间内收敛为零.近年来,为了获得更好的性能,一些学者提出了一种Terminal(终端)滑模控制策略[65∼67],该策略在滑动超平面的设计中引入了非线性函数,使得在滑模面上跟踪误差能够在有限时间内收敛到零.Ter-minal滑模控制是通过设计一种动态非线性滑模面方程实现的,即在保证滑模控制稳定性的基础上,使系统状态在指定的有限时间内达到对期望状态的完全跟踪.例如,文[68]将动态非线性滑模面方程设计为s=x2+βx q/p1,其中p>q,p和q为正的奇数,β>0.但该控制方法由于非线性函数的引入使得控制器在实际工程中实现困难,而且如果参数选取不当,还会出现奇异问题.文[69]探讨了非奇异Termianl滑模控制器的设计问题,并针对N自由度刚性机器人的控制进行了验证.文[70]采用模糊规则设计了Terminal滑模控制器的切换项,并通过自适应算法对切换项增益进行自适应模糊调节,实现了非匹配不确定性时变系统的Terminal滑模控制,同时降低了抖阵.文[71]中只对一个二阶系统给出了相应的Terminal滑模面,滑模面的导数是不连续的,不适用于高阶系统.文[72]设计了一种适用于高阶非线性系统的Terminal滑模面,克服了文[71]中的滑模面导数不连续的缺点,并消除了滑模控制的到达阶段,确保了系统的全局鲁棒性和稳定性,进一步地,庄开宇等[73]又针对系统参数摄动和外界扰动等不确定性因素上界的未知性,实现了MIMO系统的自适应Terminal控制器设计,所设计的滑模面方程既保。
结构试验研究报告
结构试验研究报告1. 摘要本报告旨在总结和分析进行的结构试验的结果。
试验旨在评估和验证某个结构的性能和可靠性。
通过对试验过程和结果的详细描述，我们得出了结论并提出了相关的建议。
本报告包括试验目的、试验方法、试验结果和分析、结论以及建议等要素。
2. 引言2.1 背景结构试验是评估和验证结构性能和可靠性的重要手段之一。
通过在实际结构上进行试验，可以了解结构在各种荷载和环境条件下的响应和行为，为结构的设计和改进提供依据。
2.2 目的本次试验的目的是评估一座高层建筑结构在荷载作用下的性能表现，并验证设计的可靠性。
具体目标包括：•评估结构在常规荷载条件下的强度和变形性能；•检测结构在设计荷载下的极限承载能力；•确认结构的破坏模式；•分析结构的塑性行为。
2.3 实验对象本次试验的对象是一座典型的高层建筑结构，包含梁柱体系和楼板系统。
结构采用钢筋混凝土材料构造，设计按照相关标准和规范进行。
3. 试验方法3.1 试验装置试验采用了专业的结构试验装置，包括主机、加载系统、测量系统等。
主机用于悬挂和支撑试验对象，加载系统用于施加不同方向和程度的荷载，测量系统用于记录和监测结构的响应和行为。
3.2 荷载方案根据设计要求和试验目标，选择了一组工况和荷载组合作为试验方案。
包括常规荷载、极限荷载和破坏荷载等。
试验过程中，逐渐增加荷载并记录结构的响应和变形情况。
3.3 数据采集试验期间，使用了多种传感器和仪器对结构的各个部位进行监测和测量。
包括应变计、位移传感器、压力传感器等。
通过数据采集系统记录并存储试验数据。
4. 试验结果与分析4.1 强度和变形性能分析根据试验数据和计算结果，得出结构在常规荷载下的强度和变形性能。
结构的承载力满足设计要求，并且变形控制在允许范围内。
结构在正常使用条件下具有良好的稳定性和刚度。
4.2 极限承载能力分析通过增加荷载直至结构破坏，确定结构的极限承载能力。
试验结果显示，结构在极限荷载下发生破坏，但破坏过程相对缓慢和可控。
DC-DC变换器滑模变结构控制的研究的开题报告
DC-DC变换器滑模变结构控制的研究的开题报告一、选题背景DC-DC变换器是电源系统中的重要组成部分，用于将直流电压变换为所需的电压或电流。
滑模变结构控制是一种应用广泛的高级控制技术，其具有系统响应快、稳定性好、鲁棒性强等优点。
因此，将滑模变结构控制应用于DC-DC变换器的控制中，能够显著提高其控制性能。
本研究旨在探究DC-DC变换器滑模变结构控制的设计和优化方法，进一步提高其控制性能。
二、研究内容与目标1. 系统分析：对DC-DC变换器系统进行建模和系统分析，探究其控制特性及相关问题。
2. 滑模变结构控制设计：使用滑模变结构控制方法，设计DC-DC变换器的控制器，并优化控制器参数，使其在系统控制方面获得更好的性能和鲁棒性。
3. 实验验证：使用MATLAB/Simulink对设计的DC-DC变换器滑模变结构控制器进行仿真，并进行实验验证。
通过仿真和实验验证，可以得到DC-DC变换器控制模型的性能指标，并对控制器的控制性能进行分析和评估。
三、拟采用的研究方法本研究将采用以下研究方法：1. 理论分析法：对DC-DC变换器系统进行建模，并分析其控制问题。
2. 滑模变结构控制设计法：使用滑模变结构控制设计方法，设计DC-DC变换器的控制器，并优化控制器参数。
3. 仿真与实验验证法：使用MATLAB/Simulink进行仿真，并结合实验验证，对所设计的控制器进行评估和分析。
四、预期研究成果本研究的预期成果如下：1. 系统建模：基于DC-DC变换器系统的特点，对其进行建模和分析，探究其控制特性及相关问题。
2. 滑模变结构控制器设计：基于滑模变结构控制理论，设计DC-DC变换器的控制器，并优化控制器参数。
3. 仿真与实验验证：使用MATLAB/Simulink对所设计的控制器进行仿真并结合实验验证，评估和分析控制器性能，并得到DC-DC变换器控制模型的性能指标。
五、研究意义DC-DC变换器作为电源系统中重要的组成部分之一，其控制性能对整个电源系统的性能至关重要。
基于趋近律的牵引电机滑模变结构控制研究
■技术探讨与研究TECHNIQUE RESEARCH基于趋近律的牵引电机滑模变结构控制研究Sliding Mode Variable Structure Control of Traction Motor Based on Reaching Law大连交通大学电气信息学院刘欢(Liu Huan)李东辉(Li Donghui)大连交通大学动车运用与维护工程学院孙燕楠(Sun)摘要：电力机车牵引电机负荷变化大、调速范围广，对其控制是否准确、快速、平稳直接决定行车安全与否。
本文构建了一种基于趋近律的滑模变结构(SMC)矢量控制算法，即设计基于指数趋近律的转矩电流控制器代替传统的转速PI调节器，利用李雅普诺夫函数设计并证明了滑动模态的存在性及控制器的稳定性。
最终将该控制算法用于某一牵引电机的调速控制仿真，并与传统的PI矢量控制进行比较，结果表明，所构建的SMC控制算法抑制抖振的同时具有较强的鲁棒性，而且显著降低了电磁转矩的脉动。
关键词：牵引电机；趋近律；SMC;电磁转矩脉动；鲁棒性Abstract:The electric locomotive traction motor has a large load change and a wide range of speed regulation. The accurate,fast and stable control determines whether the driving is safe.A sliding mode variable structure (SMC)Vector Control Algorithm based on the reaching law is constructed.The torque current controller based on exponential reaching law is designed to replace the traditional PI regulator of speed.Besides the existence of the sliding mode and the stability of the controller are proved and designed by Lyapunov function.Finally,the control algorithm is applied to control the speed of a traction pared with the traditional PI vector control the result shows that the proposed SMC control algorithm can have strong robustness while suppress!ng the chattering and reduce the ripple of the electromagnetic Torque significantly.Key words:Traction motor;Reaching Imw;SMC;Electromagnetic torque ripple;Robustness【中图分类号］TM922.71［文献标识码】B【文章编号】1561-0330(2019)09-084-051引言牵引电机作为动车组牵引变流系统的主要能量转换设备，直接关系到列车的运行状态、寿命和安全。
结构化教学实践研究报告(3篇)
第1篇一、引言随着教育改革的不断深入，结构化教学作为一种以学生为中心的教学模式，越来越受到教育界的关注。
本报告旨在通过对某中学实施结构化教学的实践研究，探讨结构化教学在提高学生学习效果、促进学生全面发展方面的作用，为教育工作者提供参考。
二、研究背景与目的1. 研究背景近年来，我国基础教育课程改革取得了显著成果，但学生在学习过程中仍然存在一些问题，如学习兴趣不高、学习效率低下、自主学习能力不足等。
为解决这些问题，结构化教学作为一种新型教学模式应运而生。
2. 研究目的（1）了解结构化教学的理论基础和实践方法。
（2）探讨结构化教学在提高学生学习效果、促进学生全面发展方面的作用。
（3）为教育工作者提供实施结构化教学的参考。
三、研究方法1. 文献研究法通过查阅相关文献，了解结构化教学的理论基础、实践方法和发展趋势。
2. 实地调查法通过访谈、观察、问卷调查等方式，了解某中学实施结构化教学的情况。
3. 案例分析法选取具有代表性的结构化教学案例进行分析，总结经验教训。
四、研究结果与分析1. 结构化教学的理论基础结构化教学是一种以学生为中心的教学模式，其理论基础主要包括建构主义学习理论、多元智能理论等。
（1）建构主义学习理论强调学生通过主动建构知识，形成自己的认知结构。
（2）多元智能理论认为每个人都有不同的智能优势，教师应关注学生的个体差异，因材施教。
2. 结构化教学的实践方法（1）教学设计结构化教学要求教师进行科学的教学设计，包括明确教学目标、选择合适的教学内容、设计多样化的教学活动等。
（2）教学实施在教学过程中，教师应注重引导学生主动参与、合作学习，培养学生的自主学习能力。
（3）教学评价结构化教学要求教师采用多元化的评价方式，关注学生的学习过程和学习成果。
3. 结构化教学的效果分析（1）提高学生学习兴趣结构化教学通过设计多样化的教学活动，激发学生的学习兴趣，使学生主动参与学习。
（2）提高学生学习效率结构化教学注重培养学生的自主学习能力，使学生能够高效地学习。
变结构控制课件
第三讲变结构控制——滑模控制中南大学信息科学与工程学院1本讲主要内容1 2 3 4 ５ 变结构系统的基本概念 滑动模态的存在条件与滑动模态方程 标量滑模控制 滑模控制的不变性 具有准滑动模态的控制系统2一、变结构系统的基本概念1.变结构系统的定义 广义地说，在控制过程（或瞬态过程）中，系统结构 （或叫模型）可发生变化的系统，叫变结构系统。
如设有系统：& 1 = x2 ⎧x ⎨ & 2 = ax1 ⎩x则此系统的特征方程为： p 2 − a = 0 若a保持不变，则不论a取什么值，此系统都不会 渐近稳定。
3实例1：一般意义下的变结构系统& 1 = x2 ⎧x ⎨ & 2 = ax1 ⎩x对此系统取如下Lyapunov函数：2 2 V ( x ) = x1 + x2& ( x ) = (2 + a ) x x V 1 2若x1 x2>0时，取a<-2；若x1x2<0，取a>-2。
则可保证 Lyapunov函数的导数总为负，于是系统渐近稳定。
4实例1：一般意义下的变结构系统在上例中，我们注意到a是根据 x1 x2的符号来切换 的，它并不维持不变，但只在间断的时刻切换，它的 切换也并不只决定于x1或x2。
这个系统，满足广义变 结构系统的定义，但是，像这样一些广义的变结构系 统还很多，这种变结构系统是一般意义下的转换控制 系统52. 滑动模态变结构的概念和定义本讲研究对象是一类特殊的变结构系统，其特殊之 处在于，系统的控制有切换，而且在切换面上系统会沿 着固定的轨迹产生滑动运动。
这类特殊的变结构系统， 叫滑动模态变结构控制系统，简称为滑模变结构控制系 统。
以后提到变结构系统，或变结构控制，除非有特殊 说明，都是指的这一类有滑动模态的变结构系统。
6A. 滑动模态的概念设系统状态方程为：& 1 = x2 ⎧x ⎨ & 2 = − a1 x1 − a 2 x 2 + u ⎩x；式中， x1 ， x2为系统的状态变量，a1 ，a2为固定参 数，u为控制函数，其中，a1 >0，a2<0。
滑模变结构控制系统抖振抑制方法的研究的开题报告
滑模变结构控制系统抖振抑制方法的研究的开题报告
一、选题背景
滑模控制作为一种强鲁棒性控制方法，常常被用于解决非线性系统的控制问题。
然而，在滑模控制系统中，存在一些问题，如抖振，它可能导致滑模面产生振荡，影响系统的控制性能和稳定性。
因此，如何减少滑模控制系统中的抖振，提高控制性能和稳定性，成为当前研究的重要问题之一。
二、研究目的
本文旨在探究滑模变结构控制系统抖振抑制方法，提出一种有效的设计方案，减少系统抖振现象，提高系统控制性能和稳定性。
三、研究内容
1. 分析滑模控制系统中抖振产生的原因和机理，研究其对系统控制性能和稳定性的影响。
2. 探究滑模变结构控制系统抖振抑制方法，包括传统的抗抖振滑模控制方法、变结构控制方法、神经网络控制方法等，分析各种方法的优缺点。
3. 根据抖振抑制方法的特点和应用条件，设计出一种适合滑模变结构控制系统的抖振抑制方法，并进行仿真实验。
4. 对设计的抖振抑制方法进行实验验证，比较不同抖振抑制方法的控制性能和稳定性，在实际工程应用中具有较好的可行性。
四、研究意义
通过本研究的探究和设计，可以解决滑模控制系统中存在的抖振问题，提高系统控制性能和稳定性。
此外，该研究还能为后续滑模控制系统设计提供一定的参考和借鉴。
五、研究方法
本研究采用文献综述和实验仿真相结合的方法，通过对滑模变结构控制系统抖振抑制方法的深入研究，设计出一种适合滑模变结构控制系统抖振抑制的方法，并进行仿真实验验证。
六、预期结果
通过研究和实验，预计可以获得一种有效的滑模变结构控制系统抖振抑制方法，并在其控制性能和稳定性方面得到较好的表现，为后续实际应用提供一定的参考和借鉴。
计算机控制系统读书报告
计算机控制系统读书报告一、计算机控制系统概述计算机控制系统(ComputerControlSystem,简称CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。
这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。
辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。
与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。
计算机控制系统的被控对象的范围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、机器人、实验装置、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童玩具等。
控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。
与一般控制系统相同，计算机控制系统可以是闭环的，这时计算机要不断采集被控对象的各种状态信息，按照一定的控制策略处理后，输出控制信息直接影响被控对象。
它也可以是开环的，这有两种方式：一种是计算机只按时间顺序或某种给定的规则影响被控对象；另一种是计算机将来自被控对象的信息处理后，只向操作人员提供操作指导信息，然后由人工去影响被控对象。
计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。
计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。
系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。
应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。
它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。
计算机控制系统通常具有精度高、速度快、存储容量大和有逻辑判断功能等特点，因此可以实现高级复杂的控制方法，获得快速精密的控制效果。
计算机技术的发展已使整个人类社会发生了可观的变化，自然也应用到工业生产和企业管理中。
滑模变结构控制研究综述
滑模变结构控制研究综述引言滑模变结构控制是一种常用的、高效的非线性控制方法。
它具有快速响应、抗干扰强等优点，在控制系统中得到了广泛的应用。
本文旨在从理论、应用两方面综述滑模变结构控制的研究现状。
理论研究滑模控制滑模控制（SMC）是一种将系统稳态误差降为零的状态反馈控制方法。
该方法通过构造一个滑动模式面使系统输出在此面上运动，从而实现对系统的控制。
滑模控制具有简单易实现、鲁棒性高、抗干扰强等优点，因此在研究与应用中得到了广泛的应用。
与传统的PID控制相比，滑模控制具有更好的性能。
然而，滑模控制对于系统模型的精确性要求高，而且在实际应用中，滑动模式面会出现在非特征区域上，从而导致滑模控制失效。
为了解决这些问题，研究者们提出了许多改进的滑模控制方法，如基于超调干扰观测器的滑模控制、基于自适应神经网络的滑模控制等。
变结构控制变结构控制（BSC）是一种能够有效对控制系统的参数进行自适应调整的控制方法。
该方法通过构造不同的控制策略，在控制系统不同的工作状态下选用不同的控制策略，从而实现对系统的控制。
与其他控制方法相比，变结构控制有更好的鲁棒性和抗干扰性。
但是，变结构控制的理论基础较为薄弱，控制策略需要事先确定，无法实现在线的自适应调整。
滑模变结构控制滑模变结构控制（SMBC）是一种将滑模控制与变结构控制相结合的控制方法。
该方法通过将滑模控制和变结构控制相结合，实现对控制系统的快速响应和抗干扰性的同时，还能自适应地调整参数，保证控制系统的稳定性。
SMBC方法可以克服传统滑模控制和变结构控制方法的缺点，具有更优秀的控制性能。
近年来，SMBC方法在各个领域得到了广泛的应用，如航空、轨道交通、机器人等。
应用研究航空领域在航空领域中，滑模变结构控制被广泛应用于飞行器的姿态控制、高超声速飞行器的控制等方面。
在姿态控制方面，滑模变结构控制能够快速响应、精确控制飞行器的姿态，大大提高了飞行器的稳定性和精度。
在高超声速飞行器的控制方面，由于速度较快、气动力复杂，在传统的控制方法中难以实现良好的控制效果。
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XXXX大学信息工程学院读书与研究报告课程名称：先进控制技术授课教师：XXX 教授专业：导航、制导与控制学号：XXXXXXXXX姓名：XXXXXX2009年1月1日变结构控制读书与研究报告1 变结构控制简介1.1变结构控制定义变结构控制(variable structure control) 本质上是一类特殊的非线性控制，其非线性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，而是可以在动态过程中，根据系统当前的状态（如偏差及其各阶导数等）有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动，所以又称变结构控制为滑模控制(sliding mode control), 滑动控制(sliding control)。
变结构控制在运动控制系统中得到广泛应用，目前在实际应用中主要涉及电机与电力系统控制、机器人控制、飞机控制、卫星姿态控制等。
1.2变结构控制的发展历史变结构控制的发展过程大致可以分为三个阶段。
(1)1957-1970年1957年至1962年间是变结构控制研究的初级阶段。
前苏联学者Utkin和Emelyanov在20世纪50年代提出了变结构控制的概念，其基本研究对象为二阶线性系统。
60年代的学者开始对高阶线性系统进行研究，但仍然限于单输入单输出系统。
主要讨论了高阶线性系统在线性切换函数下控制受限与不受限及二次型切换函数的情况。
(2)1970-1980年人们不再局限与规范空间中进行研究，开始在线性空间上研究变结构控制，研究对象扩大到了多输入多输出系统和非线性系统。
特别是Utkin的专著《华东模及其在变结构系统理论中的应用》英文版发表以后，西方学者对变结构控制产生了极大的兴趣，在此期间取得了许多研究成果，但是此间的工作还主要停留在基本理论研究阶段。
(3)1980年以后20世纪80年代以后随着计算机、大功率电子切换器件、机器人及电机等技术的飞速发展，变结构控制理论和应用研究开始进入了一个新的阶段。
非线性控制思想极大的推动了变结构控制理论的发展，各种控制理论如自适应控制、模糊控制等先进控制技术也应用到变结构控制系统中；在应用研究方面主要局限在机器人、电机及航天器等对象，很多智能控制方法尚处在起步阶段。
1.3 变结构控制理论的研究方向随着越来越多的学者投身与变结构控制理论的研究和实践，变结构控制理论的研究方向也是越来越多，下面是目前变结构控制的主要研究方向，变结构控制系统的颤震问题，离散系统变结构控制，自适应变结构控制，非匹配不确定系统的变结构控制，时滞系统的变结构控制，非线性系统的变结构控制，Terminal变结构控制，全鲁棒变结构控制，滑模观测器的研究，神经变结构控制，模糊变结构控制，积分变结构控制等。
2 变结构控制的基本原理2.1变结构控制滑动模态存在的条件变结构控制系统的状态运动过程由三个阶段组成:(1)趋近态（X0→A）(2)滑动模态(A→O)(3) 稳态(O)s(X)=0表示的曲面叫做切换面。
如果在切换面外运动的点都趋近于该面，运动点的这种状态称作趋近态（X0→A），运动点到达该面之后在并一直这个曲面上运动，就说运动点进入了滑动模态(A→O)，最终运动点稳定在一点，则是运动点进入了稳态（O）。
滑动模态存在的数学表达式:lim s→0+ṡ≤0 , lims→0−ṡ≥ 0或ss <0;滑动模态存在的充分条件，ss <0又被成为到达条件, 包括进入滑动模态条件和到达条件（其中s可微，s过原点）。
设有一控制系统X=f(t,X,u),X∈R n,u∈R m其中X为系统的状态，u=u(t,X)为控制输入，t为时间。
需要确定切换函数s(t,X)=0,求解控制函数ui(t,X)= {u i+(t,X), s i(t,X)>0 u i−(t,X), s i(t,X)<0其中ui(t,X), s i(t,X)分别是u，s的第i个分量,u i+(t,X),u i−(t,X)和s i(t,X)是适当的光滑函数2.2 实现变结构控制的要求：（1）满足滑动模态存在的条件；（2）可达性即有限时间内到达切换曲面s(t,X) = 0；（3）滑动运动满足性能指标(如渐稳)；（4）达到控制系统的动态品质要求。
前三点是变结构控制的三个一般要求，第四个是控制系统的品质要求，只有满足了前三个要求才称得上是变结构控制。
3 变结构控制系统的颤震问题3.1颤震产生的原因及其影响对于一个理想的变结构控制系统，假设在切换过程中具有理想的开关特性，系统状态测量精确无误，控制两不受限制，则滑动模态总是降维的光滑运动而其渐进稳定在原点，不会出现抖动。
但是在现实的滑模控制中这是不可能的。
因此消除颤震问题成为变结构控制系统在实际应用中的突出障碍。
理想的滑模控制是不存在的，当系统的轨迹到达切换面时，其速度是有限大的，惯性使运动点穿越切换面，从而最终形成抖动，叠加在理想的滑动模态上。
颤震产生的主要原因：（1）未建模特性(带来动态惯性)（2）滞后（3）执行器死区（4）量测噪声颤振现象对控制系统性能的影响:（1）导致系统存在稳态误差, 增加系统能量耗费（2）激发高频未建模特性3.2颤震问题的解决方法国内外针对变结构控制颤震问题的研究很多，许多学者从不同的角度提出了解决方法。
目前，有代表性的方法有准滑动模态方法、趋近率方法、滤波方法、观测器方法、动态滑模方法、模糊方法、神经网络方法、遗传算法优化方法、切换增益方法、扇形区域方法等。
3.2.1 趋近率方法其中趋近率方法是我国学者高为炳院士提出的一种消除变结构控制系统颤震的方法。
以下是几种典型的趋近率（1）等速趋近率s =-εsgn(s) ε>0其中常数表示系统的运动点趋近切换面s=0的速率。
ε小，趋近速度慢；ε大，则趋近速度快，引起的颤震也比较大。
（2）指数趋近率s =-εsgn(s)-ks ε>0，k>0其中，s =-ks是指数趋近项，其解为s=s(0)e kt指数趋近中，趋近速度从一较大值逐步减小到零，不仅缩短了趋近时间，而其使运动点到达切换面的速度很小。
为了保证快速趋近的同时削弱颤震，应在怎增大k的同时减小ε（3）幂次趋近率s =-k|s|a sgn(s) 0<ε<1，k>04一般趋近率s =-εsgn(s)-f(s) ε>0若一般趋近率如果表示为：s =-g(s)sgn(s)-f(s) 需要证明可达性，即在有限时间内到达切换面的时间是有限的。
3.2.2 准滑动模态方法所谓准滑动模态，是指系统的运动轨迹被限制在理想滑动模态的某一∆临域内的模态。
这个临域称为滑动模态切换面的边界层。
在边界层内，准滑动模态不要求满足滑动模态的存在条件，因此准滑动模态不要求在切换面上进行控制结构的切换。
它可以是在边界层上进行结构变换的控制系统，也可以是根本不进行结构变换的连续状态反馈控制系统。
准滑动模态控制在实现上的这种差别使它从根本上避免或削弱了颤震。
在连续系统中，常用的准滑动模态控制有以下两种方法：（1）用饱和函数sat(s)代替理想滑动模态中的符号函数sgn(s)sat(s)={1 ,s>∆ks ,|s|−1 ,s<∆≤∆其中 k=1∆, ∆称为边界层。
饱和函数的本质是：在边界层外采用切换控制；在边界层内采用线性化反馈控制。
（2）将继电特性连续化，用连续函数θ(s)取代sgn(s),其中是很小的正数。
θ(s)=s|s|+δ4 仿真实例下面是仿真例子：对于二阶传递函数Gp(s)=bas+s2其中a = 25,b = 133.将传递函数描述转换为状态空间描述：X=AX+Bus=CXṡ=CX=slaw其中A =[0 10−a] ,B =[0b],C=[c,1],c=15，slaw在程序中表示不同的趋近率。
可整理得到控制器的表达式： u=(CB)−1（−CAX+ṡ），根据以上思想编写为MATLAB 的m文件。
仿真程序中，M=1为等速趋近率，M=2为指数趋近率，M=3为幂次趋近率，M=4为一般趋近率。
仿真的结果如下：当M=1，为等速趋近率时的切换函数和控制器的仿真图形如图示：当M=2，为指数趋近率时的切换函数和控制器的仿真图形如图示：当M=3，为幂次趋近率时的切换函数和控制器的仿真图形如图示：当M=4，为一般趋近率时的切换函数和控制器的仿真图形如图示：改进部分：从前面的仿真明显的看出了以上几种趋近率对这个系统的控制作用并不是很好。
下面就提出一种改进的趋近率。
在指数趋近率的基础上的改进，用一个有界的s函数代替ε，这里取f(s)=arctan(s),的仿真图形如下。
改进后相应速度提高了，控制器的输出u的颤震明显减小。
当M=5，为改进的指数趋近率时仿真图形如图示：（左边一列为M=5时的仿真图形，右边一列为M=2时的仿真图形。
）从上面的仿真图形可以看出，改进后的系统的快速性得到提高，并明显的减小了颤震。
如果用sat(s)函数代替sgn(s)函数，将使系统进入一种准滑模状态，虽然也能够达到很好的消除颤震的目的，但是会失去变结构控制的最大优点——在满足不变性条件下滑动模态对系统摄动和外部干扰的不变性。
当M=6，为准滑模状态时的切换函数和控制器的仿真图形如图示：其实如果采用变速趋近律，不尽会改变符号函数，不会破坏滑动模态，而其抗干扰能力要好一些，这也是一种很好的改进方法。
其实上边的仿真过程可以很好的应用到实际的对象中。
例如对于一级倒立摆系统。
第一步是滑动模态域的设计，使系统状态沿超平面向状态原点运动;第二步是变结构控制律的设计，使系统由初始状态进人设计的滑动切换面。
设系统状态方程为X=AX +B(U+f(t)），f(t)为干扰；输出方程为:Y=GX，设滑动模切换面s=CX。
参数矩阵C的设计可以采用极点配置法，根据Ackermannn公式可以求出。
在滑动阶段，s=CX≡0，ṡ=CX=CAX+CBU+Cf(t)=0，推导得：U=-(CB)−1(CAX+Cf(t))。
在能达阶段（趋近态），s≠0采用趋近率方法设计，取指数趋近率，s =-εsgn(s)-ks (ε>0，k>0),得到ṡ=CX=CAX+CBU+Cf(t)= -εsgn(s)-ks ,从而得出控制率U=-(CB)−1(CAX+ Cf(t)+ks+εsgn(s))。
要想的到更好的控制效果，可以选取上面的从上面的几种改进方法中做相应的改进。
结束语：可以看出上面的改进想法都比较简单，其中的几个改进办法在我查阅完论文后发现别人都做过了。
如果真的要提出自己对变结构控制部分内容的改进，还需要更多的时间深入理解变结构控制。
参考文献[1] 刘金琨滑模变结构控制MATLAB仿真清华大学出版社[2] 胡跃明变结构控制理论与应用科学出版社[3] 高为炳变结构控制理论基础中国科学技术出版社[4] 张翔，王德石，李景熹滑模控制器趋近律仿真研究微处理机2008年第1期[5] 刘伟，张茂青，王力，徐玲艳变结构控制系统的抖振问题江苏电器2008年第5期[6] 孙明轩先进控制技术课程变结构控制讲义[7] 姚胜兴，彭楚武基于比例切换变结构控制的倒立摆系统研究武汉理工大学学报2007年4月第4期第29卷- 10 -。