因对系统参数不确定性和外部扰动有良好的不敏感性,滑模变结构控制广泛用于存在参数摄动和外部干扰的非线性系统控制[1]。但该性能仅在
系统状态到达滑模面才得以显示,在系统的趋近运动阶段却难以保证。因此,当采用传统定常滑模面时,若系统存在较大的误差及外部干扰,则滑
模变结构控制的优点,即系统的抗干扰动力学特性将可能无法保证。缩短能达时间成为变结构系统设计的关键。文献[2]用时变切换超平面缩短
能达时间,但要求初始跟踪误差为零,这在实际系统中常难以满足;文献[3]提出了移动及旋转滑动模态方案,基本消除了能达阶段,但它只适于单
输入单输出(SISO)的二阶系统;文献[4]采用全程滑态变结构控制方案,在改进的基础上将其推广到SISO的高阶系统,但不能用于MIMO系统;文献
[5]提出了不确定性多变量线性系统的全程滑态变结构控制方案,使控制系统开始就处于设计的滑动模态上并保持其状态,消除了能达阶段,在变
结构控制律中引入与状态有关的时变因子项改善了系统的瞬态性能。
滑模控制中,控制过程分为两步实现:一是控制系统状态收敛至滑模面s=0上,保证滑模阶段的存在;二是使系统状态沿滑模面收敛至期望动态
或误差零点。理论上滑模动态行为等价于滑模面上(即s=0)的状态轨迹。因此,在滑模控制中,当滑模面选定后(滑模面上的状态轨迹收敛至期望
动态),控制律的作用就是保证滑模稳定,控制系统任意状态到达滑模面且不离开。由假设条件2和滑模面定义可知:当t=0时,s(0)=0,即式(1)的状
态开始便在滑模面上。这样,只需设计一控制器,使式(1)状态继续保持或再次到达并保持在滑模面上,直至在有限时间后系统跟踪误差趋近于原
点。
针对一类n阶MIMO非线性系统,本文提出了一种全程滑态变结构控制方案。采用全程滑模控制,选择指数型快速终端滑模趋近律设计了全程滑模控
制器,使控制系统开始就处于设计的滑动模态上并可保持,消除了能达阶段;系统跟踪误差始终保持在滑模面上,并能在有限时间内趋近于原点的
邻域内。该控制机制保证了系统状态在有限时间内跟踪期望状态,且跟踪时间可预设定。
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