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滑模變結構控制是近年來受到廣泛歡迎的一種控制方法，現(xiàn)已成為自動控制領域一個相對獨立的研究分支。因此，本論文主要介紹滑模變結構控制理論的發(fā)展及典型特征。

1 滑模變結構控制理論的建立和發(fā)展

變結構控制理論是在20世紀60年代初期，由三位前蘇聯(lián)學者首次提出，這一理論的提出更多地是通過相平面法分析二階系統(tǒng)以及單輸入高階系統(tǒng)的特性。經(jīng)過多年的發(fā)展，變結構控制系統(tǒng)的設計理念不斷豐富，多種變結構控制方法應運而生。變結構控制實際是一種特殊的非線性控制方法，該控制具有不連續(xù)性，這是與其他控制方法的本質區(qū)別。所謂不連續(xù)性，是指在這種控制方法中，系統(tǒng)的“結構”并不是始終不發(fā)生變化的，而是可以根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)等的變化進行相對應的改變。變結構控制方法中較為典型的即為滑動模態(tài)變結構控制，簡稱滑模變結構控制，如今已成為變結構控制理論中的重要組成部分[1]。

滑模變結構控制則是通過改變系統(tǒng)的結構使得系統(tǒng)在某一個固定的子流層上運動，即按照“滑動模態(tài)”的狀態(tài)軌跡運動。這種控制方法具有魯棒性強、對外部干擾敏感性低、動態(tài)品質佳以及響應速度快等典型特點，因此被廣泛應用于自動控制領域[2,3]。

滑模變結構控制是在控制過程中先將系統(tǒng)的運動狀態(tài)改變到滑模層上，這一過程稱為“到達”，變結構的作用就是要使系統(tǒng)在最短的時間內到達限定的子流層上，一旦到達該切換面后，系統(tǒng)將不受到外界擾動和對象參數(shù)變化的影響，并會沿著該平面到達原點，此時系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性只與滑模面的選擇和其參數(shù)有關?；谝陨咸卣?，滑模變控制方法具有魯棒性強、動態(tài)品質優(yōu)良等優(yōu)點，因此被廣泛應用于自動控制領域[4]。

2 滑模變結構控制基本原理

3 滑模變結構控制的抖振產(chǎn)生原因

抖振是滑模變結構控制中的一種典型的問題，它普遍存在于滑模變控制系統(tǒng)內。傳統(tǒng)的控制率常選擇符號函數(shù)，這種函數(shù)只有在理想情況下才會有無延遲的開關特性。但對于一個實際的物理系統(tǒng)來說，它的加速度是有限的，系統(tǒng)的滑動模態(tài)是不可能始終進行光滑的降維運動而達到原點的，因此必定將在滑模面上增加“額外”的一個鋸齒波，繼而產(chǎn)生抖動現(xiàn)象，而減小抖振的同時又會降低控制系統(tǒng)的魯棒性。故而在工程應用中，我們需要綜合考慮各種因素，選擇合適的滑模面。

抖振產(chǎn)生的主要原因大體分為以下幾類：（1）系統(tǒng)慣性：對于任一實際的物理系統(tǒng)來說，它的能量都是有限的，即系統(tǒng)控制量是有限的，因此系統(tǒng)的加速度也是有限的，而這種慣性的存在勢必會導致切換滯后，進而產(chǎn)生抖振。（2）開關時間滯后：延遲了控制作用在滑模面附件對狀態(tài)變化的時間，控制量的幅值將隨著狀態(tài)量幅值的減小而減小，這就會導致在光滑的滑模面上出現(xiàn)一個衰減的三角波。（3）開關空間滯后：在狀態(tài)空間中，狀態(tài)量變化的“死區(qū)”是實際存在的，因此相當于滑模面上疊加一個等幅的波形。（4）系統(tǒng)自身屬性：通常情況下，控制系統(tǒng)本身所在的時間和空間滯后要遠大于開關的時間和空間滯后，因此將會導致更大的抖振現(xiàn)象產(chǎn)生，更需引起控制系統(tǒng)設計人員的重視。

4 抑制抖振的主要方法

簡言之，產(chǎn)生抖振的原因就在于系統(tǒng)在到達我們所設定的切換面時，它的速度是有限的，因此系統(tǒng)必定會因為慣性而穿過此滑模面，最終產(chǎn)生抖振現(xiàn)象[5-6]。而為了合理控制這種抖振現(xiàn)象，近年來也提出多種解決方法，主要包括：（1）趨近律法：這是最常用的消除抖振的方法，一般情況下，通過選取相對理想的滑模面，使得系統(tǒng)狀態(tài)向滑模面的趨近速度發(fā)生改變，進而控制系統(tǒng)狀態(tài)的到達速度，實現(xiàn)抑制系統(tǒng)抖振的目標。利用這種方法，可以使得運動軌跡在趨近于滑模面時，速度可逐步降低為零，而當運動軌跡遠離滑模面時，趨向速度增大，加快系統(tǒng)對運動軌跡的動態(tài)響應,進而起到減小抖振的效果。（2）將繼電特性替換為飽和特性：即采用飽和函數(shù)替代符號函數(shù)。因符號函數(shù)將產(chǎn)生瞬時的階躍，導致系統(tǒng)在切換面附近產(chǎn)生較高的增益，但利用飽和特性將其替代，可以很好地緩解結構的不連續(xù)性，減小抖振的發(fā)生。（3）利用干擾觀測器：通過設計合適的干擾觀測器對外界干擾進行補償。（4）積分函數(shù)滑模面法：該方法中的滑模面本身具有積分成分，而不是在系統(tǒng)中增加積分器再設計滑模面，這樣可使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差有效降低。（5）多種控制理論結合：若僅利用滑模控制，受控制理論本身的限制，系統(tǒng)很難達到優(yōu)良的靜態(tài)和動態(tài)指標，因此與先進的控制方法融合，可實現(xiàn)優(yōu)勢互補，在增強魯棒性的同時，減小抖振。例如遺傳控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊控制等。

5 結語

綜上，在非線性電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制中，滑模變結構控制方法雖有抖振現(xiàn)象，但因其魯棒性強，通過多種理論結合等方式可以很好地消除抖振，在后續(xù)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制研究中具有較好的應用前景。