滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)是变结构控制方法的主要代表,近几?年来受到国内外学者的广泛关注,基于SMC的理论研究和工程应用探索是现代控制科学的一个重要分支。通常情况下,滑模控制方法令被控系统的结构随当前切换函数值的正负按开关特性变化,以迫使系统状态依照事先预定的滑动模态轨迹运动。系统的滑动模态是可以独立设计的,不受系统参数变化的影响;处于滑动模态中的系统状态与满足匹配条件的参数摄动、外界扰动等因素均无关,具有不变性。因此,滑模控制的显著优点是其具有的强鲁棒特性和低模型依赖性。尽管具有许多良好的特性,SMC在实际使用中依然面临诸多挑战。首先,滑模控制器本身具有的开关特性和执行器的物理惯性约束难以维持系统状态一直处于滑动模态中,导致系统产生抖振、状态收敛耗时久。其次,控制器的实现通常需要借由计算机系统完成,有限的系统采样频率将导致SMC在连续系统中的优势难以发挥。因此,如何减小滑模控制器在连续系统中的抖振,使系统状态得以收敛,离散滑模控制(Discrete Sliding Mode Control,DSMC)系统有哪些独特的性质,在两类时间系统中如何设计控制器确保滑模方法的鲁棒优势,如何分析被控系统对应的性能,都是具有理论意义和实际应用价值的研究问题。本文研究连续时间系统和离散时间系统中的滑模控制方法,特别针对连续滑模控制中的抖振压缩、状态有限时间收敛,离散时域中准滑动模态性能分析、准滑模带宽度压缩等几方面问题,基于趋近律方法设计滑模控制器。滑模控制的趋近律直接规定了系统切换函数在趋近阶段中的动态性能,在实际运用中,也将影响处于滑动阶段中的切换函数表现,进而影响系统状态;因此,可以通过合理地设计趋近律来满足控制任务对滑模控制器的要求。本文各章节分别探索了连续线性系统抗干扰、连续非线性系统状态有限时间收敛、离散线性系统抖振压缩等需求下的滑模控制器设计方案。本文的主要研究贡献包括:1.针对连续系统下传统趋近律存在的系统趋近时间/抖振幅度矛盾,提出了一种非线性自适应滑模趋近律方案。该趋近律在设计过程中将包含系统切换函数的对数函数项引入不连续项的增益中,通过定性计算提出的两条趋近律调参规则实现了:当系统初始状态离滑模面较远时,趋近速度加快,系统状态到达时间减小;当系统轨迹到达滑模面并进入滑动阶段时,切换函数在滑模面上的抖振幅度被压缩。该趋近律随后被应用于表贴式永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)控制回路的速度环滑模控制器设计中,较好地完成了电机的速度跟踪控制任务。2.在设计趋近律实现PMSM转速控制的同时,研究了电机在有位置传感器情况下的抗干扰控制方案和无位置传感器时的电角度和速度估计方案。通过设计滑模观测器(Sliding Mode Observer,SMO)估计系统所受扰动,将扰动观测值通过前馈传送到滑模控制器的对应项中,降低了系统对控制器增益大小的要求,实现系统控制信号抖振幅值的减小。在无感PMSM的转子角度和速度估计中,提出了一种改进的SMO和改进的锁相环结构,无论电机速度方向如何变化,该方案都能确保转子位置信息观测的有效性。3.针对连续时间中一类非线性系统的状态有限时间收敛要求,基于改进的滑模趋近律和终端滑模面设计,提出了滑模控制方案。首先,为进一步解决传统趋近律方法中的趋近时间/抖振幅值矛盾,提出了有别于1的趋近律方案。新趋近律不连续函数的增益中引入了包含系统切换函数的负指数项,并将切换函数的初始值用于参数设计;相比1中提出的趋近律,使用者只需遵循一个参数调节规则即可实现在减小系统趋近时间的同时压缩滑模面上的抖振。随后,针对被控系统表达式的特点,设计了一个终端滑模面,从理论上证明了系统状态轨迹进入滑动模态后,能够在有限时间内收敛于平衡点。通过分别定性设计系统切换函数在趋近阶段和滑动阶段的运动轨迹,实现了对该非线性系统的有限时间收敛控制。4.在离散时间域中,基于不同的扰动先验信息分别提出两种对应的离散滑模趋近律设计方案。第一种离散趋近律建立在系统扰动上下界已知前提假设下,并借此设计趋近律中的扰动估计区间;该趋近律中不包含非连续项,减轻了离散系统本身存在的抖振负担。第二种趋近律放宽了对系统扰动信息的先验要求,仅假设扰动的二阶差分有界,使用上一时刻和上上时刻的扰动值,估计系统当前所受扰动;通过引入与切换函数相关的自适应增益,有效缓解离散系统中的趋近时间与抖振幅值矛盾,将系统准滑模带宽度保持在O(T~3)阶数水平。