第 32卷 第 7期 控 制 与 决 策 Vol.32 No.7
2017年 7月 Control and Decision Jul. 2017
文章编号: 1001-0920(2017)07-1210-07 DOI: 10.13195/j.kzyjc.2016.0488
基于切换滑模控制的抖振抑制方法
方世鹏
†
, 胡昌华, 扈晓翔, 李红增
(火箭军工程大学 控制工程系，西安 710025)
摘 要: 针对一类复合干扰有界的不确定仿射非线性系统, 提出一种切换滑模控制方法. 首先利用 3 条滑模面将
系统扩展动态空间划分为 3 个子空间, 其中两个子空间组成滑动区, 通过设计合适的切换规则和滑模切换增益, 可
以使滑动区满足到达条件和滑动条件, 同时能够减小控制律不连续出现的区域和增益大小. 为了增加设计的灵活
性,给出一种可行设计方法. 仿真实验结果表明,切换滑模控制方法在抑制抖振的同时具有较高的控制精度.
关键词: 滑模控制；抖振抑制；切换滑模控制；不连续增益
中图分类号: TP273 文献标志码: A
Chattering reduction method based on switched sliding mode control
FANG Shi-peng
†
, HU Chang-hua, HU Xiao-xiang, LI Hong-zeng
(Department of Control Engineering，Hi-Tech Institute of Xi’an，Xi’an 710025，China)
Abstract: In this paper, a switched sliding mode control(SSMC) method with three sliding surfaces is proposed for a class
of uncertain affine nonlinear systems. The system extended dynamic space is divided into three subspaces by the three
sliding surfaces. The sliding region consists of two subspaces. The sliding region satisfies the reaching condition and the
sliding condition with appropriate switching rules and switching gains. By using SSMC, the control law is discontinuous
only within a certain range near the origin while the switching gain of the control law is reduced. Such characteristic is
beneficial to suppress the chattering phenomenon. For practical application, a feasible design method is also designed
which can guarantee system states ultimately bounded stable. By adjusting the design parameters, the size of the ultimate
bound can be adjusted. Simulation results show that SSMC has high control precision while suppressing chattering.
Keywords: sliding mode control(SMC)；chattering reduction；switched sliding mode control(SSMC)；switching gain
0 引 言
滑模控制 (SMC) 因其对于匹配不确定性具有良
好的鲁棒性而得到广泛应用
[1-2]
. 然而,由于符号函数
的存在, 该方法会带来抖振问题
[3]
, 抖振会损耗系统
能量, 激发系统高频未建模动态, 破坏系统性能, 严重
时会损坏系统部件.
为了能够实际应用滑模控制方法, 国内外学者提
出了一系列抑制抖振的方法. 经典的方法如边界层
法, 利用饱和函数或双曲正切函数
[4]
代替符号函数,
从而实现控制律连续以达到抑制抖振的目的. 该方
法不足之处在于所得到的准滑模控制在边界层内失
去了不变性,会产生稳态误差. 降低切换增益法, 因为
抖振主要是由符号函数带来的不连续切换项造成的,
所以减小切换增益可有效地抑制抖振, 例如利用干扰
观测器、神经网络等在线逼近干扰
[5-6]
, 从而减小干
扰不确定上界, 达到减小切换增益的目的. 该方法需
要设计额外的观测器, 增加了设计复杂性, 且对观测
器性能提出了较高要求. 减小切换频率方法,文献[7]
利用两条滑模面交替作用, 从而降低控制律切换频
率, 一定程度上有助于抑制抖振. 然而该方法依旧没
有改变控制律切换的本质,且在系统接近原点时作用
非常有限. 傅健等
[8-9]
提出了一种单向滑模控制方法,
该方法本质上是连续的, 具有非常广阔的应用前景,
但是其较慢的收敛速度
[10]
仍需要进一步研究. 另外
还有其他方法来抑制抖振, 如动态滑模方法
[11]
、滤波
方法
[12]
、连续滑模控制
[13]
等. 这些方法都需要付出
一定的代价, 如何在较小代价下抑制抖振, 并同时保
证滑模控制良好的控制精度是值得研究的问题.
本文从减小控制律不连续出现的区域和增益大
小两个角度来抑制抖振, 提出一种切换滑模控制方
收稿日期: 2016-04-21；修回日期: 2016-06-19.
基金项目: 国家自然科学基金项目 (61573365)；国家自然科学基金青年基金项目 (61304001).
作者简介: 方世鹏 (1984−), 男, 博士生, 从事滑模变结构控制的研究；胡昌华 (1966−), 男, 教授, 博士生导师, 从事
控制理论与应用、故障预报、诊断与可靠性工程、寿命预测等研究.
†
通讯作者. E-mail: shipeng_001@163.com
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